Nga tạo ra cấu trúc nano giúp tăng tốc hoạt động của thiết bị điện tử

Các nhà khoa học từ Đại học Quốc gia Nga Nghiên cứu hạt nhân “MEPhI” hợp tác với các chuyên gia của Phân viện Siberia thuộc Viện Vật lý kim loại (Viện Hàn lâm Khoa học Nga) đã phát triển và nghiên cứu cấu trúc nano bán dẫn trên cơ sở gallium arsenide có khả năng gia tăng hiệu suất của mạch tần số cao.

Các cấu trúc nano bán dẫn được ghép trên bề mặt lớp vật liệu từ những chất bán dẫn khác nhau, vẫn thường được sử dụng trong ngành điện tử. "Thiết kế lượng tử" hiện đại cho phép tạo ra chúng với những thuộc tính đáp ứng đòi hỏi của việc sản xuất các thiết bị điện tử tiên tiến nhất.

Hoạt động nhanh chóng của bộ khí cụ có thể được cải thiện bằng cách nâng cao hàm lượng indium trong lớp "hoạt tính" của lớp vật liệu dẫn điện hiện hành. Việc tăng hàm lượng indium tạo điều kiện giảm khối lượng của các điện tử electron trong cấu trúc, cũng như tăng vận tốc của chúng, vì thế đẩy tăng tốc độ của bộ thiết bị điện tử. Tuy nhiên, đây là động thái phức tạp do căng thẳng tăng áp lực cơ học cho lưới mạng tinh thể trong các lớp tiếp giáp liền kề.

Các chuyên gia Vật lý từ Đại học Quốc gia Nga Nghiên cứu hạt nhân “MEPhI” đã tìm ra lối tháo gỡ  vấn đề bằng cách tăng độ dày của lớp "trung gian chuyển tiếp” và tăng dần hàm lượng indium trong thành phần của lớp hoạt tính.  Kết quả là, các nhà khoa học đã đẩy nó đến gần 100% trong khi độ căng áp suất cơ học chỉ là tối thiểu.

Độ tăng trưởng của các mẫu được dẫn truyền bằng phương pháp epitaxy – ghép lớp tinh thể bán dẫn hoàn toàn trên "nền ảo", trong đó khi gia tăng lớp chuyển tiếp sẽ dần dần thay đổi các tham số của lưới tinh thể.

Các nhà khoa học đã tập hợp những điều kiện tối ưu dành cho sự phát triển: nhiệt độ lớp nền, kết cấu lớp chuyển dịch trung gian, độ dày và thành phần của lớp hoạt tính. Vì thế cấu trúc thu được chất lượng cao, với tán xạ electron thấp và hệ số nhỏ của lớp nhám bề mặt (chỉ cả thảy 2 nm).

Đặc tính điện tử của các mẫu tạo ra trong “MEPhI” đã được chuyên gia Phân viện Siberia của Viện Vật lý kim loại (Viện Hàn lâm Khoa học Nga) đo lường kiểm nghiệm. Dành cho công việc này, họ đã tiến hành nghiên cứu ở nhiệt độ thấp (1,8 độ Kelvin hay -271,35° C) trong một từ trường mạnh. Làm như vậy cho phép quan sát các hiệu ứng lượng tử trong lớp hoạt tính, gắn với hàm lượng indium cao, cụ thể là các dao động từ trở và hiệu ứng lượng tử Hall (CEC) mà công trình khám phá năm 1985 đã được trao giải Nobel Vật lý.

Theo quan điểm của các chuyên gia, dữ liệu công trình mà các nhà khoa học Nga công bố trên tạp chí chuyên môn "Journal of Magnetism and Magnetic Materials" cho phép  làm rõ các biểu hiện đặc biệt của hiệu ứng lượng tử Hall trong cấu trúc nano hiện đại.

"Trước hết, đây là nghiên cứu khoa học cơ bản”, - một trong những tác giả là PGS Ivan Vasilevsky từ Bộ môn Vật lý Các chất ngưng tụ thuộc “MEPhI” giải thích. “Tuy nhiên, chúng tôi cũng nhìn thấy cả tiềm năng của sáng chế này trong ứng dụng. Điều đó xuất phát từ thực tế là những cấu trúc tương tự có tính chuyển động điện tử cao và đảm bảo tần số cao (lên đến 200 GHz) cho hoạt động của máy thu bán dẫn và mạch vi hình”./.