Một nhóm nghiên cứu của Đại học Kỹ thuật và Khoa học Vật liệu Wisconsin-Madison đã chỉ ra những phương pháp ứng dụng rộng rãi thiết bị điện tử nano như bộ nhớ thế hệ tiếp theo hoặc các bán dẫn nhỏ. Nghiên cứu được đăng tải trên tờ Nature Communications hôm 19/10.


Nhóm nghiên cứu đã phát triển các kỹ thuật cho phép chế tạo những cấu trúc trên nền tảng các oxit điện tử có khả năng tích hợp trên một chất nền silicon – nền tảng thiết bị điện tử phổ biến nhất hiện nay. Những cấu trúc này có vai trò rất quan trọng trong những ứng dụng điện tử nano khi được tích hợp với silicon.




« oxit » là một hợp chất chứa chủ yếu là oxy. Các oxit gồm hàng triệu hợp chất khác nhau, mỗi hợp chất đều có những đặc tính đặc thù, cho phép ứng dụng trong các ngành điện tử và điện tử nano.


Thông thường, các vật liệu oxit không thể tích hợp được với silicon do cấu trúc tinh thể của chúng không tương thích với nhau. Kỹ thuật mới của nhóm nghiên cứu Đại học Wisconsin-Madison đã kết hợp phương pháp expitaxy tinh thể đơn, ủ hậu (post anneal) và khắc axit để tạo ra một quy trình cho phép cấu trúc oxit bám được trên silicon – một thành công đáng kể, giúp giải quyết một thách thức rất lớn của ngành.


Quy trình mới cho phép tạo một cấu trúc với các lớp oxit nhôm-lantan 3 nguyên tử tiếp xúc với oxit titan-stronti, sau đó đặt tòan bộ cấu trúc này lên trên một chất nền silicon.


2 loại oxit nói trên đóng vai trò rất quan trọng trong quy trình vì trên mặt phân giới giữa các lớp phủ của chúng sẽ hình thành một lớp « khí điện tử » (electron gas), có khả năng dẫn điện nhờ sự trợ giúp của một kính hiển vi quét dò tìm. Đỉnh của kính hiển vi đặt dọc theo bề mặt với độ chính xác tới từng nanomet, để lại một dạng electron tạo thành lớp khí dày 1 nm. Sử dụng đỉnh kính hiển vi, nhóm nghiên cứu có thể « vẽ » được đường của các electron nói trên để tạo thành các sợi nano dẫn điện hoặc « xóa » những đường đó để loại bỏ tính dẫn điện trong một tầng khí.


Để tích hợp được oxit với silicon, các tinh thể phải có độ khuyết thấp, và các nhà nghiên cứu phải tạo ra một nguyên tử kiểm soát trên mặt phân giới. Cụ thể hơn, lớp oxit titan-strotin trên cùng phải hoàn toàn tinh khiết, kết hợp với một lớp oxit lantan cũng hoàn toàn tinh khiết bên dưới lớp oxit nhôm-lantan ; ngoài ra, không được để hình thành khí giữa các lớp oxit. Như vậy, toàn bộ cấu trúc đã được tinh chỉnh tương thích với nền tảng silicon.