Láng giềng Việt Nam công bố đột phá 'chip 2D', công nghệ mới tăng tốc gấp 1.000 lần, phá vỡ giới hạn AI

Trong bối cảnh nhu cầu chip hiệu năng cao, tiêu thụ điện thấp bùng nổ do sự phát triển của AI và mô hình ngôn ngữ lớn, cuộc đua tìm kiếm vật liệu bán dẫn “hậu Định luật Moore” đang ngày càng nóng lên.

Theo Moore’s Law, năng lực xử lý của chip có thể tăng gấp đôi sau mỗi khoảng 2 năm. Tuy nhiên, khi kích thước transistor ngày càng thu nhỏ, các giới hạn vật lý đang khiến việc tiếp tục cải thiện hiệu năng trở nên khó khăn hơn.

Trong số các hướng đi mới, chất bán dẫn hai chiều (2D) được xem là ứng viên hàng đầu, nhờ khả năng tiếp tục thu nhỏ transistor ở cấp độ nguyên tử.

“Nút thắt cổ chai” mang tên vật liệu p-type

Một trong những thách thức lớn nhất của bán dẫn 2D nằm ở việc kiểm soát tính dẫn điện thông qua quá trình “pha tạp” (doping). Bằng cách thêm một lượng rất nhỏ nguyên tố khác, vật liệu có thể trở thành loại n-type hoặc p-type.

Hiện nay, các vật liệu 2D dạng n-type như molybdenum disulphide hay molybdenum diselenide đã khá phổ biến. Tuy nhiên, các vật liệu p-type hiệu năng cao và ổn định lại rất hiếm.

Theo nhà nghiên cứu Zhu Mengjian từ Đại học Công nghệ Quốc phòng Quốc gia (NUDT), transistor trong chip cần cả hai loại vật liệu này hoạt động theo cặp. Việc thiếu vật liệu p-type chất lượng cao đang trở thành “điểm nghẽn” lớn, đặc biệt với các tiến trình dưới 5nm.

Đột phá: tăng tốc độ nuôi cấy gấp 1.000 lần

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học từ Đại học Công nghệ Quốc phòng và Viện Nghiên cứu Kim loại thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã phát triển một phương pháp hoàn toàn mới.

Kết quả công bố trên Tạp chí Khoa học Quốc gia (NSR) cho thấy nhóm đã cải tiến quy trình lắng đọng hơi hóa học (CVD) bằng cách sử dụng lớp nền hai lớp vàng-tungsten dạng lỏng.

Phương pháp này cho phép nuôi cấy vật liệu bán dẫn 2D trên quy mô wafer, đồng thời điều chỉnh được mức độ pha tạp. Đáng chú ý, tốc độ tăng trưởng đạt khoảng 20 µm/phút, cao hơn khoảng 1.000 lần so với mức trước đây chỉ khoảng 1 micromet (µm) trong 5 giờ.

Kích thước vùng tinh thể đơn cũng được mở rộng lên mức cận milimet, với màng vật liệu cuối cùng đạt kích thước 3,6×1,8 cm.

Hiệu năng cao, mở đường cho chip thế hệ mới

Vật liệu thu được, tungsten silicon nitride đơn lớp, cho thấy nhiều đặc tính nổi bật: độ linh động lỗ cao, mật độ dòng lớn, độ bền cơ học tốt, dẫn nhiệt hiệu quả và ổn định hóa học cao.

Theo nhóm nghiên cứu, khả năng tạo ra vật liệu diện tích lớn với mức pha tạp được kiểm soát là điều kiện tiên quyết để tích hợp vào các vi mạch CMOS, từ đó mở đường cho ứng dụng công nghiệp của bán dẫn 2D.

Không chỉ dừng ở chip, vật liệu này còn có tiềm năng trong lĩnh vực quang điện tử, như diode phát quang, cảm biến ánh sáng và laser. Nhờ độ ổn định cao, nó cũng phù hợp cho các cảm biến hoạt động trong môi trường chất lỏng hoặc các thiết bị điện tử giao tiếp sinh học.

Đáng chú ý, phương pháp CVD sử dụng nền vàng lỏng không chỉ áp dụng cho một loại vật liệu, mà còn có thể trở thành hướng tiếp cận chung để tăng tốc sản xuất nhiều loại vật liệu 2D khác.

Trong bối cảnh ngành bán dẫn đang tiến sát các giới hạn vật lý, những đột phá như vậy có thể đóng vai trò quan trọng trong việc định hình thế hệ công nghệ tiếp theo.

Theo SCMP