Giải pháp giúp rút ngắn sản xuất chip xuống vài giây

Các nhà khoa học Trung Quốc giới thiệu phương pháp chế tạo song song chỉ mất vài giây để biến mô hình 2D thành cấu trúc quang học 3D phức tạp trên toàn bộ tấm bán dẫn.

Trong công bố trên tạp chí Advanced Materials, nhóm nghiên cứu đến từ Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) cộng tác với Đại học Hong Kong và một số tổ chức khác của Trung Quốc mô tả về phương pháp chế tạo giúp giảm thời gian sản xuất cấu trúc quang học 3D phức tạp từ nhiều giờ xuống vài giây.

Thay vì sử dụng chùm ion tập trung (FIB) để chạm khắc từng cấu trúc một, nghiên cứu sinh Wang Yi và cộng sự phát triển quy trình sản xuất song song, có khả năng biến mô hình hai chiều (2D) thành cấu trúc ba chiều (3D) trên toàn bộ tấm bán dẫn cỡ 10 cm.

Theo Interesting Engineering, FIB thường được sử dụng để xử lý chính xác bề mặt và phân tích vật liệu, nhưng nhóm có thể khắc phục một số nhược điểm của phương pháp này. Phương pháp sử dụng hệ thống FIB để gia công cấu trúc theo từng điểm với độ chính xác cỡ nanomet nhưng quy trình nối tiếp này rất chậm, tốn kém và không phù hợp để sản xuất công nghiệp quy mô lớn. Các nhà nghiên cứu tìm cách vượt qua thách thức trong sản xuất thông qua thay thế chế tạo nối tiếp bằng quy trình song song giúp biến đổi toàn bộ tấm bán dẫn cùng lúc.

Bằng cách mở rộng cấu trúc quang học thành dạng 3D, các nhà nghiên cứu có thể xây dựng đường dẫn phức tạp hơn, đạt mật độ tích hợp cao hơn, giảm nhiễu chéo và mở ra những chức năng khó thực hiện trong thiết kế 2D. Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp mới đạt độ đồng đều góc (mức độ phân bố đều nhau của cường độ ánh sáng hoặc màu sắc theo góc nhìn khác nhau trong không gian) trên 97% và thời gian chế tạo ngắn hơn 100 lần so với FIB.

Theo SCMP, thay vì gia công lặp đi lặp lại từng cấu trúc riêng lẻ bằng FIB, kỹ thuật mới phơi toàn bộ tấm bán dẫn dưới chùm ion rộng, khiến hàng nghìn cấu trúc nano 2D thiết kế sẵn gập lại thành dạng hình học 3D. Kết hợp sử dụng chùm ion rộng với tự gấp kiểu origami, nó cho phép sản xuất trên toàn bộ bề mặt tấm bán dẫn đồng thời duy trì độ chính xác ở cấp nano.

Chip quang học đang trở thành trung tâm của cuộc đua phát triển phần cứng AI thế hệ tiếp theo. Thông qua truyền dữ liệu bằng ánh sáng thay vì điện, công nghệ quang học có thể vượt qua những hạn chế về băng thông và năng lượng. Nhiều công ty như Intel, TSMC, Ayar Labs và Lightmatter đang đầu tư mạnh vào công nghệ quang tử silicon và kết nối quang học, trong khi một số tổ chức nghiên cứu như Imec của Bỉ và NTT của Nhật Bản theo đuổi nền tảng tích hợp quang tử. Trung Quốc cũng mở rộng đầu tư vào chip quang học thông qua CAS và các công ty như Huawei.

FAQ Những Câu Hỏi Thường Gặp

1. Công nghệ chế tạo chip quang học mới của Trung Quốc có gì đặc biệt?

Công nghệ mới cho phép biến các mô hình 2D thành cấu trúc quang học 3D phức tạp chỉ trong vài giây trên toàn bộ tấm bán dẫn, thay vì phải gia công từng chi tiết như phương pháp truyền thống.

2. Phương pháp mới nhanh hơn công nghệ FIB bao nhiêu lần?

Theo nhóm nghiên cứu, quy trình chế tạo mới có tốc độ nhanh hơn khoảng 100 lần so với phương pháp sử dụng chùm ion tập trung (FIB), đồng thời vẫn duy trì độ chính xác ở cấp độ nano.

3. Vì sao chip quang học được xem là xu hướng của phần cứng AI?

Chip quang học truyền dữ liệu bằng ánh sáng thay vì điện, giúp tăng băng thông, giảm tiêu thụ năng lượng và cải thiện hiệu suất xử lý, đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của các hệ thống trí tuệ nhân tạo.

4. Công nghệ mới mang lại lợi ích gì cho sản xuất chip?

Quy trình sản xuất song song giúp rút ngắn thời gian chế tạo, giảm chi phí, nâng cao khả năng sản xuất quy mô lớn và tạo ra các cấu trúc quang học 3D có độ đồng đều cao.

5. Những quốc gia và doanh nghiệp nào đang đầu tư mạnh vào chip quang học?

Bên cạnh Trung Quốc, nhiều doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu như Intel, TSMC, Ayar Labs, Lightmatter, Imec (Bỉ) và NTT (Nhật Bản) cũng đang đầu tư mạnh vào công nghệ quang tử silicon và chip quang học.