Long Bình
Writer
Các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố một nghiên cứu mang tính đột phá, mở ra hướng đi mới trong sản xuất chip, vượt xa những giới hạn cố hữu của vật liệu silicon truyền thống. Thành tựu này đánh dấu bước tiến quan trọng trong bối cảnh toàn cầu đang tìm kiếm các giải pháp thay thế cho công nghệ bán dẫn hiện tại.
Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã phát triển thành công bộ xử lý RISC-V 32-bit hoàn chỉnh mang tên Wuji, được chế tạo trên lớp bán dẫn có độ dày chỉ 1 nanomet (nm). Điều đáng chú ý là quy trình sản xuất này không đòi hỏi công nghệ in thạch bản bằng tia cực tím (EUV) đắt đỏ, mà có thể thực hiện bằng các thiết bị hiện có tại Trung Quốc, giảm đáng kể chi phí đầu tư.
Trong suốt hai thập kỷ qua, graphene đã được xem là một vật liệu tiềm năng để cải thiện hiệu suất và hiệu quả của chip. Tuy nhiên, graphene ở dạng tinh khiết lại là chất dẫn điện, gây khó khăn trong việc chế tạo bóng bán dẫn. Các chất bán dẫn mỏng ở cấp độ nguyên tử có thể giải quyết vấn đề này, nhưng cho đến nay, việc tìm kiếm và phát triển chúng vẫn là một thách thức lớn.
Một trong những ứng viên đầy hứa hẹn là molypden disulfide (MoS₂), với cấu trúc phân tử hình lục giác và độ dày chỉ xấp xỉ 1 nm. Sau nhiều năm nghiên cứu, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia về mạch tích hợp và hệ thống thuộc Đại học Phúc Đán đã tìm ra phương pháp chế tạo chip dựa trên MoS₂.
Nhóm nghiên cứu đã dành 5 năm để phát triển quy trình lắng đọng MoS₂ ở dạng hơi lên chất nền sapphire, tạo ra các mạch mỏng nguyên tử có khả năng hoạt động. Ước tính, khoảng 70% thiết bị sử dụng trong quy trình này có thể tận dụng từ dây chuyền sản xuất wafer silicon thông thường, cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi và chi phí nâng cấp tương đối thấp.
Thành quả cuối cùng là một mảng biến tần 30 x 30, khắc phục được hạn chế của MoS₂ khi chỉ cho phép sử dụng bóng bán dẫn loại N. Bằng cách sử dụng các tiếp điểm bằng nhôm và vàng để điều khiển điện áp cổng, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một nền tảng linh hoạt hơn.
Dựa trên mảng biến tần này, họ đã lắp ráp thành công các mạch điện tử từ 25 linh kiện cơ bản, với tổng cộng 5.900 bóng bán dẫn hoạt động. Mặc dù tần số hoạt động hiện tại chỉ đạt vài kilohertz, chip Wuji vẫn có thể thực hiện đầy đủ các lệnh RISC-V 32-bit. Các nhà phát triển khẳng định đây là chip xử lý lớn nhất từng được chế tạo dựa trên chất bán dẫn mỏng ở cấp độ nguyên tử, đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới một kỷ nguyên mới của điện tử "beyond-silicon."
Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã phát triển thành công bộ xử lý RISC-V 32-bit hoàn chỉnh mang tên Wuji, được chế tạo trên lớp bán dẫn có độ dày chỉ 1 nanomet (nm). Điều đáng chú ý là quy trình sản xuất này không đòi hỏi công nghệ in thạch bản bằng tia cực tím (EUV) đắt đỏ, mà có thể thực hiện bằng các thiết bị hiện có tại Trung Quốc, giảm đáng kể chi phí đầu tư.
Trong suốt hai thập kỷ qua, graphene đã được xem là một vật liệu tiềm năng để cải thiện hiệu suất và hiệu quả của chip. Tuy nhiên, graphene ở dạng tinh khiết lại là chất dẫn điện, gây khó khăn trong việc chế tạo bóng bán dẫn. Các chất bán dẫn mỏng ở cấp độ nguyên tử có thể giải quyết vấn đề này, nhưng cho đến nay, việc tìm kiếm và phát triển chúng vẫn là một thách thức lớn.
Một trong những ứng viên đầy hứa hẹn là molypden disulfide (MoS₂), với cấu trúc phân tử hình lục giác và độ dày chỉ xấp xỉ 1 nm. Sau nhiều năm nghiên cứu, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia về mạch tích hợp và hệ thống thuộc Đại học Phúc Đán đã tìm ra phương pháp chế tạo chip dựa trên MoS₂.
Nhóm nghiên cứu đã dành 5 năm để phát triển quy trình lắng đọng MoS₂ ở dạng hơi lên chất nền sapphire, tạo ra các mạch mỏng nguyên tử có khả năng hoạt động. Ước tính, khoảng 70% thiết bị sử dụng trong quy trình này có thể tận dụng từ dây chuyền sản xuất wafer silicon thông thường, cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi và chi phí nâng cấp tương đối thấp.
Thành quả cuối cùng là một mảng biến tần 30 x 30, khắc phục được hạn chế của MoS₂ khi chỉ cho phép sử dụng bóng bán dẫn loại N. Bằng cách sử dụng các tiếp điểm bằng nhôm và vàng để điều khiển điện áp cổng, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một nền tảng linh hoạt hơn.
Dựa trên mảng biến tần này, họ đã lắp ráp thành công các mạch điện tử từ 25 linh kiện cơ bản, với tổng cộng 5.900 bóng bán dẫn hoạt động. Mặc dù tần số hoạt động hiện tại chỉ đạt vài kilohertz, chip Wuji vẫn có thể thực hiện đầy đủ các lệnh RISC-V 32-bit. Các nhà phát triển khẳng định đây là chip xử lý lớn nhất từng được chế tạo dựa trên chất bán dẫn mỏng ở cấp độ nguyên tử, đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới một kỷ nguyên mới của điện tử "beyond-silicon."
