Các nhà nghiên cứu IBM vừa tạo ra một cú đột phá: sắp xếp các transitor ống nano thành các mạch phức hợp.
Các nhà nghiên cứu ở IBM vừa vượt qua được một khó khăn lớn để xây dựng nên các máy tính dựa trên ống nano cácbon, bằng cách phát triển một phương pháp bố trí một cách lựa chọn các transitor được chế tạo bằng cách sử dụng các phân tử cacbon. Thành quả này, được mô tả trên Tạp chí Nano Letter, sẽ góp phần chế tạo ra các mạch tích hợp từ các ống nano cácbon với quy mô lớn, dẫn tới việc sản xuất ra những bộ xử lý cực nhanh tiêu thụ ít năng lượng.
Trong hàng thập kỷ qua, kích thước của các transistor dựa trên silic ngày càng được giảm dần trong khi hiệu suất của nó thì lại được nâng lên. Vì các linh kiện đang tiến tới các giới hạn vật lý của chúng, nên các nhà nghiên cứu bắt đầu tìm kiếm những vật liệu và cấu trúc ít thông dụng hơn. Những ống nano cácbon đơn vách là một trong những ứng cử viên đầy hứa hẹn, các nhà nghiên cứu đã kiến tạo được các transitor ống nano cácbon hứa hẹn về mặt hiệu suất. Theo ước tính, các ống nano cácbon có tiềm năng sản xuất ra các transitor chạy nhanh gấp 10 lần tốc độ được dự đoán trong tương lai của các linh kiện đựa trên silic, trong khi đó lại sử dụng ít năng lượng hơn.
Nhưng cho đến nay, nghiên cứu trong lĩnh vực này vẫn đụng phải một vật cản: đó là không thể điều khiển được việc sắp xếp các ống nano cácbon, khiến cho không thể kiến tạo được các mạch tích hợp phức tạp. James Hannon, một trong những nhà nghiên cứu tham gia vào công trình của IBM, cho biết, phương pháp chế tạo hầu hết các transistor ống nano các bon hiện nay là các ống nano cácbon được phân tán một cách ngẫu nhiên trên một bề mặt trong dung dịch, sau đó nguồn và ống mạch cũng được in một cách ngẫu nhiên bằng phương pháp in litô còn các nhà khoa học sẽ phải tìm kiếm cho đến khi ngẫu nhiên tìm thấy một ống đi qua giữa một nguồn và một ống mạch.
Để kiểm soát được việc bố trí các transitor, nhóm nghiên cứu IBM đã bọc các ống nano bằng các phân tử chỉ liên kết với những mô hình đường thẳng ôxit kim loại trên một bề mặt, chứ không liên kết với các vùng bên trong ở giữa. Để tạo ra các transistor hoạt động, các nhà nghiên cứu đã đặt các dây nhôm bằng cách sử dụng kỹ thuật in litô. Những dây này hoạt động với vai trò là các cổng có chức năng bật và tắt các transistor. Sau đó họ ôxit hóa nhôm để hình thành nên một lớp nhôm ôxit mỏng ở mặt bên trên các dây, lớp này hoạt động với vai trò là vật liệu và chất điện môi để các ống nano cácbon liên kết. Sau khi cho các ống nano cácbon vào dung dịch và khiến cho chúng liên kết với nhôm ôxit, các nhà nghiên cứu làm lắng các thanh Palldium vuông góc với các dây nhôm/nhôm ôxit. Những thanh này xuyên ngang ống nano, trở thành nguồn và ống mạch của transistor.
Mặc dù phát triển phương pháp tổ chức các transistor ống nano theo kiểu này là một bước quan trọng, nhưng các nhà khoa học vẫn có nhiều việc phải làm trước khi có được các bộ vi xử lý thương mại. Một trong những công việc đó là khai thác đầy đủ tiềm năng của các transistor ống nano, sẽ đòi hỏi việc cải tiến các thanh, có thể bằng cách sử dụng các ống nano thay cho các dây palladium.
Nhưng có lẽ một vấn đề quan trọng hơn là tìm ra một phương pháp thực tế và rẻ để phân ly các dạng ống nano cácbon khác nhau. Các kỹ thuật chế tạo hiện thời sản xuất ra một hỗn hợp các ống nano có các kích cỡ và các tính chất điện khác nhau, không phải tất cả số ống đó sẽ hoạt động tốt ở các mạch tích hợp.
Do những thách thức này, theo Hannon, những ứng dụng đầu tiên của các transistor ống nano cácbon sẽ có thể không phải là các bộ vi xử lý hiệu suất cao, mà là các thiết bị cảm biến có độ nhạy cao, có thể hoạt động được thậm chí bằng hỗn hợp các ống nano khác nhau.
Trong khi đó, những nhà nghiên cứu khác cũng đang phát triển những linh kiện không dựa vào các tính chất điện siêu việt của ống nano mà dựa vào những đặc điểm ví dụ như độ mềm dẻo và độ bền chắc của chúng. Dạng nghiên cứu này tránh được nhu cầu về loại và việc sắp xếp từng cá thể ống nano. Ví dụ, công ty Nantero đã lợi dụng sức bền và độ mềm dẻo của các ống nano cácbon để chế tạo ra các linh kiện bộ nhớ. Greg Schmergel, Giám đốc điều hành của Nantero cho biết, công ty đã sử dụng các ống nano cácbon làm các linh kiện cơ điện vì vậy họ chỉ uốn chúng lên hoặc gập chúng xuống để thể hiện cho số 0 và 1. Ở ứng dụng này, có thể sử dụng được các đám ống nano chứ không phải là từng ống nano, vì vậy có thể lấy mẫu của chúng bằng cách sử dụng phương pháp in litô.
Tóm lại, theo Schmergel, các ống nano có thể thay thế cho bất cứ một bộ phận nào của các linh kiện bán dẫn bằng cách sử dụng tất cả các đặc điểm của chiếc ống. Ông cho rằng, các ống nano hoàn toàn có nhiều tính chất mới lạ, được kết hợp lại trong một vật liệu. Chúng có thể thay thế cho bộ nhớ, bảng mạch, bộ phận tương kết và cuối cùng chúng có thể thay thế cho tất cả mọi thứ trong con chip.
N.P.A. (theo Technology Review, 26/5/2006)