Buzz
Được coi là một cột mốc có thể thay đổi cục diện ngành, loại wafer mới này có khả năng giảm tới 40% chi phí sản xuất.
Các nhà nghiên cứu Trung Quốc vừa công bố một bước đột phá quan trọng trong công nghệ bán dẫn thế hệ tiếp theo với việc chế tạo thành công tấm wafer gallium nitride (GaN) N-polar 8 inch (20,3cm) – kích thước lớn nhất từ trước đến nay.
Được nhìn nhận như một bước ngoặt có thể thay đổi toàn bộ ngành, wafer mới này có tiềm năng giảm đến 40% chi phí sản xuất, từ đó thúc đẩy ứng dụng GaN rộng rãi trong các lĩnh vực như truyền thông vệ tinh và xe điện (EV).
GaN hiện nay được coi là vật liệu bán dẫn hợp chất chủ yếu của thế hệ thứ ba. Với các tính chất vật lý ưu việt, GaN đang tạo ra cách mạng trong những lĩnh vực đòi hỏi hiệu suất cao như mạng 5G/6G, liên lạc vệ tinh, xe tự lái và hệ thống radar. Công nghệ này đã giúp phát triển bộ sạc nhanh 100W nhỏ gọn, giảm tổn thất năng lượng trên nền tảng xe điện 800V xuống dưới 5% và tăng gấp ba lần băng thông trong truyền thông vệ tinh.
Ảnh minh họa
Trong cấu trúc GaN, hướng tinh thể (polarity) quyết định trực tiếp tiềm năng ứng dụng. Mặc dù cả hai dạng Ga-polar và N-polar đều tồn tại, nhưng N-polar GaN có hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên, do quy trình chế tạo phức tạp và yêu cầu kỹ thuật cao, các wafer N-polar trước đây chỉ được sản xuất ở kích thước nhỏ (2–4 inch) với chi phí rất đắt – cho đến khi có công bố gần đây từ Trung Quốc.
Vào ngày 22/3, nhóm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm JFS (Wuhan, tỉnh Hồ Bắc) đã công bố thành công chế tạo tấm wafer GaNOI (N-polar GaN-on-Insulator) kích thước 8 inch trên nền silicon. Công nghệ này không chỉ phá vỡ thế độc quyền công nghệ từ nước ngoài mà còn giúp giảm chi phí 40% và nâng điện áp đánh thủng của thiết bị lên tới 2000V.
Ba yếu tố quyết định thành công này bao gồm: sử dụng nền silicon giá rẻ, tương thích với các dây chuyền sản xuất bán dẫn tiêu chuẩn 8 inch và dễ dàng tích hợp với quy trình CMOS; vật liệu đạt hiệu năng cao và độ tin cậy lớn; và tỷ lệ sản phẩm đạt tiêu chuẩn trên bề mặt kết dính vượt quá 99%, một con số ấn tượng trong sản xuất wafer.
Nhóm nghiên cứu cũng đã công bố dịch vụ tape-out cho chip GaN 100nm trên nền silicon 6 inch, kèm theo bộ công cụ thiết kế PDK – yếu tố quan trọng giúp rút ngắn quá trình thiết kế và sản xuất chip. Đây là giải pháp thương mại thứ hai trên thế giới, và là giải pháp đầu tiên tại Trung Quốc, giúp rút ngắn chu kỳ phát triển thiết bị tần số vô tuyến (RF) xuống chỉ còn sáu tháng.
Công nghệ mới này được kỳ vọng sẽ phục vụ tốt cho các ứng dụng trong lĩnh vực vệ tinh thương mại và hàng không vũ trụ, với tốc độ truyền tải nhanh hơn và băng thông rộng hơn.
Ngoài truyền thông, nhóm nghiên cứu còn giới thiệu hệ thống truyền điện không dây vi sóng, có thể sạc pin cho drone ngay khi đang bay trong phạm vi 20 mét và truyền năng lượng không dây tới các thiết bị ở khoảng cách lên đến 1 km. Các ứng dụng tiềm năng bao gồm: robot nhà máy, trạm điện Mặt Trời trên không gian, hệ thống cứu hộ khẩn cấp và thiết bị y tế.
Phòng thí nghiệm cho biết họ đang tiến hành sản xuất hàng loạt công nghệ wafer N-polar 8 inch, với mục tiêu giảm chi phí thiết bị RF lên tới 60% vào năm 2026.
Tuy nhiên, các chuyên gia cũng cảnh báo rằng việc thương mại hóa rộng rãi GaN vẫn đối mặt với nhiều thách thức, đòi hỏi sự phối hợp đồng bộ từ toàn bộ chuỗi cung ứng cũng như cần có những bước tiến công nghệ vững chắc để khai thác hết tiềm năng của vật liệu này.
Theo một số số liệu ngành công nghiệp, Trung Quốc hiện đang chiếm tới 99% tổng sản lượng gallium tinh luyện trên toàn cầu – nguyên liệu chủ yếu để sản xuất GaN.
Anh Việt
