Trung Quốc thành công chế tạo một linh kiện đặc biệt, dự kiến làm bùng nổ toàn ngành công nghiệp bán dẫn

Tờ South China Morning Post (SCMP) đưa tin, các nhà khoa học Trung Quốc đã thành công sử dụng vật liệu 2D mới để sản xuất tấm wafer 12 inch. Wafer là đĩa bán dẫn, được sử dụng như một vật liệu nền để tạo ra vi mạch tích hợp. Đây là một bước phát triển đột phá và là cột mốc quan trọng để có thể bổ sung cho chip silicon truyền thống trong tương lai. Được biết, vật liệu 2D mới rất mỏng nên nó giúp các tấm wafer phát huy tối đa tác dụng.

Trong một cuộc phỏng vấn độc quyền với Post, Giáo sư Liu Kaihui của Đại học Bắc Kinh, nhà khoa học chủ chốt của dự án cho biết công việc của đội ông là tạo ra những ứng dụng thực tế cho vật liệu 2D. “Chúng tôi đã chứng minh cho ngành thấy rằng điều này là khả thi về mặt khoa học. Nó cũng sẽ tạo ra những bước tiến nhảy vọt trong tương lai”.

Mặc dù vật liệu silicon rất phù hợp cho ngành bán dẫn nhưng hiện tại, chip silicon lại gặp khó khăn khi kích thước thiết bị liên tục giảm. “Khi các bóng bán dẫn silicon bị thu nhỏ, nó có thể gây hại cho hoạt động của bộ xử lý, từ đó có thể khiến rò rỉ dòng điện khi tắt bóng bán dẫn. Chưa hết, việc thu nhỏ cũng gây ra lãng phí năng lượng”, ông Liu cho biết.

Còn vật liệu 2D mới chứa các chất rắn kết tinh và có thể ứng dụng trong nhiều thiết bị điện tử có hiệu suất cao. Ông Liu nhận định: “Một bóng bán dẫn được chế tạo từ một lớp MoS2 - một vật liệu 2D điển hình có độ dày khoảng 1 nm sẽ hoạt động tốt hơn nhiều lần so với bóng bán dẫn được làm bằng silicon có cùng độ dày”.

Tuy nhiên, việc chế tạo các tấm wafer vật liệu 2D có tính đồng nhất cao, hiệu suất tốt sẽ là một thách thức đối với các nhà khoa học trên thế giới. Theo SCMP, tương tự vật liệu truyền thống, thách thức của việc công nghiệp hóa công nghệ 2D trước tiên nằm ở việc chế tạo các tấm wafer.

“Hơn 60% thị trường chip hiện tại phụ thuộc vào các tấm wafer 12 inch. Nhưng việc chế tạo các tấm wafer tròn, phẳng với kích cỡ lớn đồng đều như vậy đòi hỏi chuyên môn cao”.

Có hai trở ngại chính, đó là sản xuất các tấm bán dẫn đủ lớn và sản xuất chúng một cách hàng loạt. Theo ông Liu, các nhà khoa học nước này đã phát triển một phương pháp tiếp cận mới, sử dụng cách cung cấp “surface-to-surface” để tạo ra các tấm wafer có chất lượng như nhau. Nó giúp các nguyên vật liệu được phân bổ đồng đều trong lò và tạo ra các tấm wafer không bị hạn chế về kích thước. “Chúng tôi cũng có thể tạo ra những tấm lớn hơn, nhưng 12 inch là kích thước được sử dụng phổ biến nhất”, ông Liu nói.

Sau khi vấn đề về kích thước được giải quyết, nhóm phải lập chiến lược để sản xuất hàng loạt. Được biết, các chuyên gia đã áp dụng phương pháp xếp chồng, giống như xây dựng một tòa nhà chọc trời giúp các lớp vật liệu 2D có thể tạo ra đồng thời. “Nhóm kỹ thuật của chúng tôi đã thiết kế thiết bị dựa trên phương pháp này. Giờ đây, chúng tôi có thể sản xuất 10.000 tấm wafer 2D trên mỗi máy mỗi năm,” Liu nói.

Mặc dù các tấm wafer 2D đã được chế tạo thành công nhưng việc biến chúng trở thành những con chip có thể sử dụng được vẫn đòi hỏi một quy trình vô cùng phức tạp. Tuy nhiên, ông Liu vẫn rất tự tin vào tương lai.

Được biết, một số công ty bán dẫn hàng đầu như TSMC, Intel hay Samsung cũng đang đầu tư mạnh vào nghiên cứu và phát triển. “Đang dần có một giai đoạn chuyển tiếp cho chất bán dẫn sử dụng vật liệu 2D từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng công nghiệp”, ông Liu cho biết.

SCMP viết, Trung Quốc đang tập trung cao độ vào nghiên cứu và phát triển các công nghệ liên quan với sự hỗ trợ từ Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc. Người trong ngành có niềm tin rằng vật liệu mới này sẽ đóng một vai trò quan trọng trong tương lai.

Tham khảo SCMP