Đã từ lâu các nhà khoa học luôn mong muốn tìm kiếm ra các giải pháp để thay thế các sợi dây dẫn bằng đồng trong các vi mạch để tránh tình trạng nghẽn cổ chai khi tốc độ hoạt động của các vi mạch có xu hướng ngày càng tăng lên. Vi ống carbon (carbon nanotube) được coi là ứng viên số một để giải quyết vấn đề này nhờ vào độ linh động điện tử cao hơn mà nó có được.

Kiến trúc Carbon Nanotube

Tuy nhiên, vấn đề sử dụng vi ống carbon trong các vi mạch cho đến nay vẫn còn gặp khó khăn là do không tìm được giải pháp thích hợp để có thể căn chỉnh chính xác các vi ống vào trong các vi mạch và tạo nên các kết nối để các vi mạch hoạt động.

Một dự án nghiên cứu kết hợp giữa các nhà khoa học tại đại học Stanford và Toshiba đã tìm ra giải pháp và thực hiện thành công trên một con chip CMOS với 256 mạch cộng hưởng và 11 000 transitor hoạt động tại tốc độ 1 GHz (chip điều khiển iPhone của Apple có tốc độ là 700 MHz).

Philip Wong, giáo sư tại khoa Điện - Điện tử của đại học Stanford tự hào nói "Rất nhiều phòng thí nghiệm nghiên cứu trên thế giới đang tìm kiếm các giải pháp sử dụng vi ống carbon để làm dây dẫn giữa các vi mạch bởi chúng có độ linh động điện tử cao hơn đồng và có thể được thiết kế với kích thước nhỏ hơn (vi sợi đồng) nhưng sản phẩm của chúng tôi là con chip đầu tiên trên thế giới hoạt động ở tốc độ 1 GHz".

Carbon nanotube trong vi mạch CMOS

Giải pháp mà nhóm nghiên cứu đưa ra để căn chỉnh chính xác các vi ống vào trong các vi mạch là để thả lỏng các đoạn vi ống carbon trôi nổi trên bề mặt của các vi mạch. Sau đó, mỗi khi muốn ráp đoạn vi ống vào một vị trí kết nối nào đó, các nhà nghiên cứu đặt một điện áp xoay chiều lên vòng cộng hưởng đó nhằm tạo sức hút kéo nó khớp vào vị trí định trước. Nhờ đó, công đoạn cuối cùng của việc kết nối hoàn thành!

Các vi ống carbon sử dụng trong công trình này có cấu trúc đa tầng (multiwalled) với chiều dài cỡ 5 µm, kích thước đường kính khoảng 50 đến 100 nm (tương đương kích thước vi sợi đồng hiện đang dùng trong các vi mạch) tuy nhiên các nhà nghiên cứu cho biết trong tương lai họ sẽ sử dụng cấu trúc vi ống đơn tầng (singlewalled) để giảm nhỏ kích thước đường kính vi ống carbon xuống chỉ còn cỡ 1 nm.

Hiện tại, vi mạch thành công ở 1 GHz có kích thước bề mặt tổng cộng chỉ bằng cỡ một phần trăm của một inch vuông.

Quang Minh (theo DailyTech)