Hình ảnh thực nghiệm và sơ đồ phác thảo thiết kế của bóng bán dẫn dựa trên phim hạt nano kim loại. Nguồn: Zhao và những người khácBóng bán dẫn - thiết bị có thể khuếch đại, dẫn hoặc chuyển đổi tín hiệu điện tử hoặc dòng điện, là thành phần quan trọng của nhiều thiết bị điện tử trên thị trường hiện nay. Các thiết bị này có thể được chế tạo bằng nhiều loại vật liệu bán dẫn vô cơ và hữu cơ.
Kim loại thường được cho là không thích hợp để làm nguyên liệu chế tạo bóng bán dẫn, vì chúng sàng lọc điện trường và do đó khó nhận ra các thiết bị có độ dẫn điện có thể điều chỉnh được. Tuy nhiên có một cách khả thi để tạo ra các linh kiện điện tử dựa trên kim loại, là sử dụng gradient của các hạt phản ứng trong màng các hạt nano kim loại hoạt động với các phối tử hữu cơ tích điện.
Trong quá khứ, các kỹ sư đã sử dụng thành công chiến lược này để tạo ra nhiều loại thiết bị khác nhau, từ điện trở đến điốt và cảm biến. Tuy nhiên, việc điều chỉnh độ dẫn điện của các thiết bị này thường không hề dễ dàng.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bách khoa Tây Bắc, Trung tâm Khoa học và Công nghệ nano Quốc gia và các viện khác tại Trung Quốc, gần đây đã giới thiệu một chiến lược thiết kế mới để tạo ra các bóng bán dẫn và mạch logic có độ dẫn điện có thể điều chỉnh được dựa trên các hạt nano kim loại. Những bóng bán dẫn này đã đạt được những kết quả khả quan cả về hiệu suất và độ dẫn điện. Nghiên cứu này đã được đăng trên tạp chí Nature Electronics.
Các nhà nghiên cứu viết trong bài báo: “Bóng bán dẫn và mạch logic có thể được tạo ra từ các màng mỏng của các hạt nano vàng đã được chức năng hóa bằng cách sử dụng các gradient ion động được thiết lập thông qua cấu hình năm điện cực độc đáo”. "Các bóng bán dẫn có khả năng điều chế độ dẫn điện gấp 400 lần và bằng cách kết hợp chúng với các điện trở và điốt hạt nano kim loại, có thể được sử dụng để tạo các cổng logic NOT, NAND và NOR, cũng như một mạch cộng bán phần."
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng các mạch logic làm từ các hạt nano kim loại chậm hơn đáng kể so với các thiết bị làm từ silicon. Tuy nhiên, chúng cũng có một số ưu điểm. Ví dụ, chúng có thể hoạt động trong môi trường ẩm ướt, khá linh hoạt và có thể chịu được xả tĩnh điện vốn có thể làm hỏng các thiết bị làm từ silicon.
Trong những đánh giá ban đầu, bóng bán dẫn mới hoạt động rất tốt. Ngoài việc có độ dẫn điện điều chỉnh được, bóng bán dẫn có thể chịu được xã tĩnh điện. Hơn nữa, chúng có thể tiếp tục hoạt động tốt khi nó được lắng đọng trên các chất nền dẻo và các cấu trúc này bị kéo căng hoặc biến dạng.
Để tạo ra thiết bị, nhóm nghiên cứu đã đặt các điện cực lên một màng polyethylene terephthalate (PET) linh hoạt. Cho đến nay, họ chỉ tạo ra một phiên bản thử nghiệm của bóng bán dẫn để đánh giá ưu điểm của nó. Tuy nhiên, để được tích hợp trong các thiết bị điện tử thực, trước tiên nó sẽ cần được phát triển và thử nghiệm thêm.
Các nhà nghiên cứu giải thích trong bài báo: “Mặc dù thiết bị vốn bị hạn chế ở chỗ điện áp nguồn / nguồn phải thấp hơn điện áp cổng (hoặc nếu không, cấu hình nồng độ Cl− sẽ bị thay đổi), tốc độ hoạt động thực sự có thể được cải thiện”. "Trước đây, chúng tôi đã chỉ ra cho các điốt hạt nano hoàn toàn bằng kim loại rằng khi khoảng cách mà các gradien phản ứng hình thành là khoảng 1μm, thời gian chuyển đổi có thể tính bằng mili giây."
Link: https://techxplore.com/news/2021-03-transistor-based-metal-nanoparticles-ionic.html
Trần Hà (Theo Tech Xplore)
