Đột phá từ Hàn Quốc: Cấu trúc bán dẫn 2D mới loại bỏ 'nút thắt cổ chai' điện năng

Theo tin từ IT ngày 16 tháng 7, một nhóm nghiên cứu chung giữa Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) và Đại học Sungkyunkwan đã thông báo vào ngày 13 tháng 7 về việc phát triển thành công một cấu trúc bán dẫn mới, cho phép dòng điện lưu thông không bị cản trở trong các vật liệu 2D.

Thành tựu này đã phá vỡ "nút thắt cổ chai điện" vốn gây khó khăn cho ngành công nghiệp chip trong thời gian dài, hứa hẹn sẽ giảm đáng kể điện trở tiếp xúc của các thiết bị bán dẫn thế hệ tiếp theo, đồng thời cung cấp nền tảng kỹ thuật then chốt cho các lĩnh vực như chip trí tuệ nhân tạo (AI) và chất bán dẫn tiêu thụ điện năng cực thấp.

Nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển một nền tảng phân tích có khả năng quan sát trực tiếp quá trình vận chuyển điện tích này ở quy mô nano.

Chất bán dẫn 2D là loại chất bán dẫn siêu mỏng chỉ dày vài lớp nguyên tử. Chúng được mệnh danh là "chất bán dẫn trong mơ" vì nhỏ hơn và tiêu thụ ít điện năng hơn so với chất bán dẫn silicon truyền thống. Hiện nay, chất bán dẫn silicon đang tiến gần đến giới hạn vật lý do việc thu nhỏ mạch điện liên tục dẫn đến tổn thất điện năng và gia tăng nhiệt lượng. Chất bán dẫn 2D đang thu hút sự chú ý lớn như một loại vật liệu thế hệ tiếp theo để khắc phục những hạn chế này, dự kiến sẽ được ứng dụng trong nhiều công nghệ tương lai, bao gồm chip AI, điện thoại thông minh, trung tâm dữ liệu, thiết bị đeo, thiết bị điện tử có thể gập hoặc co giãn và các cảm biến y tế siêu nhỏ.

Trong chất bán dẫn, giao diện tại nơi tiếp xúc giữa điện cực kim loại và chất bán dẫn sẽ tạo ra điện trở tiếp xúc, làm giảm hiệu suất và gây ra tổn thất điện năng. Đặc biệt, khi chất bán dẫn ngày càng thu nhỏ, ảnh hưởng của điện trở tiếp xúc trở nên lớn hơn, khiến nó trở thành một trong những nút thắt kỹ thuật thách thức nhất trong quá trình phát triển chất bán dẫn thế hệ tiếp theo.

Nhóm nghiên cứu đã hiện thực hóa liên tục vùng bán kim loại và vùng bán dẫn bên trong màng mỏng PtSe₂ (Platinum diselenide), một loại vật liệu 2D ở cấp độ nguyên tử. Bằng cách hiện thực hóa cấu trúc tổng thể được hình thành liên tục từ một vật liệu duy nhất, nhóm đã đề xuất một cấu trúc mới cho phép dòng điện đi qua ranh giới mà không gặp trở ngại.

Sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) — một loại kính hiển vi sử dụng đầu dò để đo bề mặt và các tính chất điện đến cấp độ nguyên tử, nhóm nghiên cứu đã quan sát trực tiếp quá trình truyền tải điện tích bên trong màng mỏng ở quy mô nano.

Nhóm nghiên cứu lần đầu tiên xác nhận rằng khi dòng điện chảy từ vùng bán kim loại sang vùng bán dẫn, dòng chảy có thể duy trì một cách tự nhiên mà không xuất hiện "nút thắt cổ chai điện", chẳng hạn như sự tắc nghẽn hoặc bẻ cong đường đi của dòng điện.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã xác minh hoạt động của thiết bị bằng cách áp dụng điện trường vào vùng bán dẫn. Kết quả xác nhận rằng dòng điện có thể được kiểm soát ổn định trong cấu trúc tiếp giáp kim loại - bán dẫn, cho thấy tiềm năng của cấu trúc này trong các thiết bị điện tử thế hệ tiếp theo.

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí khoa học vật liệu quốc tế "Matter" vào tháng 7 năm 2026.

IT đính kèm liên kết bài báo:

https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102873

Tuyên bố quảng cáo: Các liên kết chuyển hướng bên ngoài trong bài viết (bao gồm nhưng không giới hạn ở siêu liên kết, mã QR, mật khẩu, v.v.) được sử dụng để truyền tải thêm thông tin, tiết kiệm thời gian lựa chọn, kết quả chỉ mang tính chất tham khảo, tất cả các bài viết của IT đều bao gồm tuyên bố này.