Năm 2016 đã khép lại với kết quả bảo vệ thành công đề tài “Nghiên cứu mạch tích hợp CMOS hữu cơ có thể điều khiển điện áp ngưỡng bằng phương pháp điện trên đế silic và đế dẻo sử dụng polyme bẫy điện tử” thuộc Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia (Nafosted), mã số 103.99-2013.13, thực hiện bởi nhóm nghiên cứu do TS. Đào Thanh Toản - Chủ nhiệm đề tài, PGS. TS. Nguyễn Thanh Hải - Thư kí đề tài và các thành viên tham gia khác: PGS. TS. Trần Quang Vinh (ĐH Quốc Gia Hà Nội), PGS. TS. Phan Bách Thắng (Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh), ThS. Phạm Thanh Huyền (Đại học Giao thông Vận tải), ThS. Vũ Ngọc Quý  (Đại học Giao thông Vận tải).

Đây là nhiệm vụ khoa học đầu tiên thuộc Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia (Nafosted) được thực hiện bởi các giảng viên Khoa Điện-Điện tử, Trường Đại học Giao thông Vận tải. Thời gian thực hiện trong 2 năm từ 2014-2016. Nội dung Đề tài tập trung nghiên cứu đề xuất một phương pháp điều khiển động điện áp ngưỡng mạch tích hợp CMOS hưu cơ, mở ra hướng mới trong chế tạo IC hữu cơ hiệu năng cao trên đế dẻo trong tương lai. Các sản phẩm nghiêm thu của đề tài bao gồm: 02 bài báo ISI, 09 bài báo hội nghị quốc tế/quốc gia, đào tạo 02 học viên cao học.

Điện tử hữu cơ (organic electronics) là một nhánh của điện tử sử dụng vật liệu bán dẫn phân tử và polyme. Trong những năm gần đây, điện tử hữu cơ được xem là một hướng mới và rất quan trọng, là tiềm năng lớn cho các ứng dụng hiện đại ngày này như sản xuất mạch điện tử với diện tích lớn, điện tử y sinh, vải điện tử, và thiết bị điện tử dẻo (flexible electronic device). Điện áp ngưỡng là giá trị mà nếu điện áp vào lớn hơn nó thì đầu ra nhận giá trị logic “0” và nếu điện áp vào nhỏ hơn nó thì đầu ra nhận giá trị logic “1”.Điều khiển điện áp ngưỡng V_th là một phần thiết yếu trong công nghệ sản xuất mạch tích hợp IC sử dụng transistor.Vì, V_th dịch xuống một giá trị nhỏ hơn sẽ làm giảm công suất tiêu thụ trong khi vẫn giữ được tốc độ hoạt động của mạch; giúp làm giảm đáng kể sai số trong quá trình sản xuất và triệt tiêu ảnh hưởng của nhiễu. Điều khiển điện áp ngưỡng trong mạch CMOS thường được thực hiện bằng việc chọn thông số hình học W/L khác nhau của transistor kênh p và kênh n, tuy phương pháp này đang được sử dụng phổ biến trong công nghiệp, nhưng sử dụng thông số hình học khác nhau này làm phức tạp từ khâu tính toán thiết kế đến sản xuất (tape out), và không thể thay đổi được điện áp ngưỡng sau khi đã sản xuất.

Trong dự án nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp lập trình, cho nên tham số W/L trong IC có thể chọn như nhau và có thể điều khiển điện áp ngưỡng của IC trong dải rộng ngay cả sau khi sản xuất (điều khiển động). Hướng tiếp cận của đề tài đã được kiểm nghiệm thành công không những cho IC trên đế cứng và cả trên đế dẻo plastic như minh họa ở hình dưới đây. Mặc dù còn nhiều hạn chế về độ bền, khó điều khiển chính xác giá trị mong muốn,… Kết quả nghiên cứu ban đầu của đề tài có thể mở ra hướng mới trong chế tạo IC hữu cơ hiệu năng cao trên đế dẻo trong tương lai.

Thông qua đề tài này đã bước đầu xây dựng được một nhóm nghiên cứu gồm các giảng viên, sinh viên tại Đại học GTVT làm nòng cốt, các đối tác tại Đại học Quốc Gia Hà Nội, Đại học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh, Đại học Bách Khoa Hà Nội, và các cộng sự từ các trung tâm nghiên cứu lớn của Nhật Bản và Hàn Quốc. Chúng tôi cũng có được các kiến thức sâu hơn trong thiết kế, mô phỏng, sản xuất và đặc tính hóa IC CMOS, những kiến thức này mang lại giá trị rất cao trong việc giảng dạy và thực hiện các dự án liên quan đến Điện tử, vật liệu mới,...

Nhóm nghiên cứu chân thành cảm sự tài trợ thiết thực, hiệu quả từ Qũy Phát triển khoa học và công nghệ quốc gia; sự ủng hộ, tạo điều kiện của Đại học Giao thông Vận tải, Khoa Điện-Điện tử, Bộ môn Kỹ thuật Điện tử.

Author. TS. Đào Thanh Toản