Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Quốc phòng Trung Quốc vừa đạt bước tiến đáng chú ý trong lĩnh vực bán dẫn hai chiều (2D), khi phát triển thành công phương pháp tổng hợp vật liệu ở quy mô tấm wafer với tốc độ nhanh hơn khoảng 1.000 lần so với kỹ thuật truyền thống.
Theo Interesting Engineering, trong bối cảnh nhu cầu từ trí tuệ nhân tạo (AI) và các mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) ngày càng tăng, kiến trúc chip hiện tại đang tiến gần tới giới hạn vật lý. Trong nhiều thập kỷ, Định luật Moore – dự báo số lượng transistor tăng gấp đôi theo thời gian – đã dẫn dắt ngành công nghiệp. Tuy nhiên, khi kích thước transistor tiến sát cấp độ nguyên tử, các vấn đề về hiệu ứng lượng tử, tản nhiệt và chế tạo khiến việc thu nhỏ thêm trở nên khó khăn.
Trong bối cảnh đó, chất bán dẫn 2D nổi lên như một hướng đi tiềm năng, nhờ cấu trúc siêu mỏng ở cấp độ nguyên tử, giúp cải thiện hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, một trong những rào cản lớn hiện nay là thiếu vật liệu loại p hiệu năng cao và ổn định, trong khi transistor hiện đại cần kết hợp cả vật liệu loại n và p để hoạt động hiệu quả.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu do Mengjian dẫn đầu đã cải tiến kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học (CVD), sử dụng lớp nền kép vàng/vonfram lỏng nhằm tạo ra màng vonfram silic nitrua đơn lớp với khả năng kiểm soát pha tạp chính xác. Phương pháp này cho phép mở rộng miền tinh thể đơn và tăng tốc độ sản xuất đáng kể, từ khoảng 0,00004 inch trong 5 giờ lên 0,0008 inch mỗi phút.
Màng vật liệu thu được có kích thước xấp xỉ 1,4 x 0,7 inch, đánh dấu bước tiến quan trọng hướng tới sản xuất quy mô lớn. Về hiệu năng, vật liệu này sở hữu nhiều đặc tính vượt trội như độ linh động lỗ trống cao, mật độ dòng điện lớn, khả năng tản nhiệt tốt và độ ổn định hóa học cao – những yếu tố quan trọng trong thiết kế transistor thế hệ mới.
Theo nhóm nghiên cứu, việc làm chủ cả vật liệu loại n và p hiệu suất cao sẽ giúp tháo gỡ nút thắt lớn của công nghệ bán dẫn 2D, đặc biệt trong các tiến trình dưới 5 nm. Công nghệ này cũng có tiềm năng tích hợp vào kiến trúc CMOS hiện đại, mở ra khả năng ứng dụng trong các dòng chip thế hệ tiếp theo.
Trong bối cảnh cạnh tranh công nghệ toàn cầu và các hạn chế từ bên ngoài, Trung Quốc đang đẩy mạnh tìm kiếm hướng đi mới trong lĩnh vực bán dẫn. Một dự án đáng chú ý là chip 2D WUJI, sử dụng vật liệu molypden disulfua, dự kiến sản xuất hàng loạt từ tháng 6 tại Thượng Hải. Dù hiện mới đạt 5.900 transistor – thấp hơn nhiều so với chip cao cấp – nhưng đã vượt xa các kỷ lục trước đó và cho thấy tiềm năng phát triển mạnh mẽ.
Các chuyên gia nhận định, dù còn nhiều thách thức, những tiến bộ trong vật liệu và quy trình sản xuất như nghiên cứu mới công bố có thể đóng vai trò then chốt trong việc định hình tương lai ngành bán dẫn, đặc biệt trong kỷ nguyên hậu silicon.
Bình luận
0