Tận dụng đến 99% chip bán dẫn với kỹ thuật in không hoá chất

Kể từ năm 2020, toàn bộ ngành công nghiệp xe hơi đều bị ảnh hưởng nặng nề bởi tình trạng thiếu hụt chip. Sự khan hiếm của những mảnh silicon đã khiến các hãng xe phải tạm gác lại kế hoạch mở rộng nhà máy ít nhất thêm 2 năm nữa.

Phương án tối ưu để giải quyết vấn đề này là cải thiện năng suất sản xuất. Hiện nay, nhiều loại chip đã trở thành rác thậm chí ngay sau khi được làm ra. Điều này khiến cho nhu cầu về silicon tăng lên rất cao, kéo theo đó là chi phí bị dội lên.

Nguyên nhân chủ yếu của vấn đề này đến từ độ dày không đồng nhất của các tấm bán dẫn (silicon wafer). Cụ thể, sau khi chip được in chìm vào bên trong, tấm này sẽ được cắt thành những mảnh nhỏ, với mỗi mảnh tương ứng với một con chip. Tuy nhiên, không phải tất cả những con chip được cắt ra từ cùng một tấm bán dẫn đều hoạt động như nhau và như mong muốn.

Một kỹ thuật mới đã từng được nghiên cứu dựa trên công nghệ in chuyển nano. Theo đó, kỹ thuật này sử dụng khuôn polyme để in kim loại lên chất nền dưới áp suất nhất định. Tuy nhiên, lớp keo hóa học được sử dụng trong quy trình in sẽ gây ra các khuyết tật bề mặt và giảm hiệu quả khi in ở quy mô lớn. Đồng thời, kỹ thuật này lại có ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người nên không được áp dụng rộng rãi.

Rút kinh nghiệm từ kỹ thuật trên, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Nanyang (NTU) của Singapore đã vừa tìm ra một hướng giải quyết khả quan cho bài toán thiếu chip. Nhóm này đã phát triển một kỹ thuật in không hóa chất, giúp cho các tấm silicon vừa có độ đồng nhất cao lại vừa có khả năng mở rộng quy mô.

Trong quá trình in, các lớp cấu trúc nano vàng được chuyển lên đế silicon ở nhiệt độ tương đối thấp (160 độ C), từ đó tạo ra tấm bán dẫn có độ đồng đều cao. Bí quyết của kỹ thuật này nằm ở phản ứng hóa học tạo ra liên kết bền vững giữa vật liệu nền và chất được cấy vào. Cụ thể, khả năng hấp thụ hóa học trực tiếp của các màng kim loại mỏng được kích hoạt dưới tác động của nhiệt.

Kỹ thuật này mang đến những tấm bán dẫn gần như không có khiếm khuyết, nghĩa là sẽ có rất ít hoặc thậm chí là không có con chip nào trở thành rác nếu in trên những tấm bán dẫn này. Nhóm nghiên cứu ghi nhận có đến 99% số chip được tạo ra trong thí nghiệm là có thể sử dụng được.

Tuy chỉ mới dừng lại ở kết quả thí nghiệm, kỹ thuật này đã mang lại những tín hiệu khả quan cho tình trạng thiếu chip của ngành công nghiệp xe hơi.

Nhóm nghiên cứu tin rằng kỹ thuật mới hoàn toàn có thể được ứng dụng bởi những hãng sản xuất chip lớn như Samsung, Intel hoặc GlobalFoundries.