Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Bắc Kinh (Trung Quốc) vừa công bố đã tìm ra giải pháp khắc phục những hạn chế công nghệ trong việc nâng cao hiệu suất chip bằng các phương pháp đơn giản. Họ đã thay đổi hướng sản xuất bóng bán dẫn, từ bỏ việc sử dụng máy quét hiện đại và silicon.
Nhóm nghiên cứu của Đại học Bắc Kinh.
Thông thường, việc phát triển các chất bán dẫn 2 nm và các giải pháp quy trình thấp hơn liên quan đến việc chuyển đổi sang công nghệ quang khắc EUV và kiến trúc bóng bán dẫn mới, điều này đòi hỏi chi phí phát triển và sản xuất rất lớn. Tuy nhiên, ngay cả khi Trung Quốc có đủ nguồn lực, việc xuất khẩu thiết bị công nghệ cao vẫn bị Mỹ và các đối tác kiểm soát nghiêm ngặt, đặc biệt là máy quét EUV và các phiên bản hiện đại của máy quét DUV 193nm bị cấm bán cho Trung Quốc.
Ban đầu, nhóm nghiên cứu từ Đại học Bắc Kinh đã tìm cách lách lệnh trừng phạt, nhưng cuối cùng họ đã phát triển một quy trình sản xuất bóng bán dẫn 2D bằng vật liệu không chứa silicon. Họ cho biết, các thiết bị thông thường trong ngành công nghiệp bán dẫn có thể được sử dụng để sản xuất những bóng bán dẫn “hoàn toàn mới” này. Mặc dù sản phẩm chỉ được sản xuất trên dây chuyền thử nghiệm của trường, nhưng nó không yêu cầu công nghệ tiên tiến.
Minh họa bóng bán dẫn 2D - Nguồn: Đại học Bắc Kinh.
Theo nhóm nghiên cứu, oxit bismuth chính là vũ khí giúp họ vượt khó, nơi nó đã được sử dụng làm vật liệu cho kênh và cổng bóng bán dẫn, với Bi₂O₂Se cho kênh và Bi₂SeO₅ cho cổng. Nhờ vào các đặc tính của chúng, những vật liệu này có thể được áp dụng lên chất nền theo các lớp mỏng và đồng nhất, đảm bảo tính ổn định và khả năng lặp lại của quy trình sản xuất. Bóng bán dẫn dựa trên Bi₂O₂Se và Bi₂SeO₅ được coi là bóng bán dẫn 2D, với kiến trúc là bóng bán dẫn hiệu ứng trường mảng cổng (GAAFET). Các nhà phát triển mô tả cấu trúc này như một “cây cầu dệt” thay vì các “tòa nhà chọc trời” FinFET truyền thống.
Các nhà nghiên cứu cho biết, độ cho phép cao của vật liệu giúp tạo ra các cấu trúc cổng siêu mỏng, ngăn chặn dòng điện rò rỉ, từ đó giảm điện áp chuyển mạch của bóng bán dẫn. Điều này không chỉ tăng tốc độ chuyển mạch mà còn giảm mức tiêu thụ điện năng. Nhóm nghiên cứu khẳng định rằng bóng bán dẫn 2D của họ hoạt động nhanh hơn 40% so với bóng bán dẫn 3nm hiện đại của TSMC và Intel, đồng thời giảm 10% mức tiêu thụ điện năng. Nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển một mạch logic đơn giản dựa trên các bóng bán dẫn mới và xác nhận các đặc tính hiệu suất ấn tượng của chúng qua thực nghiệm.
