Buzz
Nhờ vào công nghệ bán dẫn đột phá, Trung Quốc đã vươn lên dẫn đầu toàn cầu trong lĩnh vực này.
Trong suốt 20 năm qua, ngành công nghiệp chip bán dẫn đã có sự phát triển nhanh chóng và ảnh hưởng mạnh mẽ đến các quốc gia, nền kinh tế trên toàn thế giới. Từ năm 2001 đến 2021, ngành công nghiệp này đã tăng trưởng 14% mỗi năm, đạt doanh thu gần 600 tỷ USD vào năm 2023. Dự báo, ngành chip bán dẫn sẽ tiếp tục tăng trưởng mạnh mẽ, với doanh thu lên tới 1.000 tỷ USD vào năm 2030, theo báo cáo của Gartner - công ty nghiên cứu và tư vấn công nghệ hàng đầu.
Theo SCMP, một công nghệ bán dẫn mới đã giúp Trung Quốc dẫn đầu trong lĩnh vực này. Cụ thể, các nhà khoa học Trung Quốc đã chế tạo thành công tấm bán dẫn GaN phân cực nitrogen đầu tiên trên thế giới, điều này có thể là bước ngoặt quan trọng cho ngành công nghiệp bán dẫn. Trung Quốc là quốc gia đầu tiên thực hiện thành công công nghệ này, trong khi các quốc gia lớn như Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc vẫn chưa làm được.
Các nhà nghiên cứu Trung Quốc mới đây đã công bố một đột phá trong công nghệ bán dẫn thế hệ mới với việc sản xuất thành công tấm bán dẫn gallium nitride (GaN) phân cực nitrogen có kích thước lớn nhất thế giới, lên tới 8 inch (20,3 cm).
Được coi là một bước ngoặt quan trọng đối với ngành công nghiệp bán dẫn, tấm bán dẫn này hứa hẹn sẽ giúp giảm tới 40% chi phí sản xuất, từ đó thúc đẩy quá trình ứng dụng công nghệ này trong các lĩnh vực như truyền thông vệ tinh và xe điện (EV).
GaN được biết đến như một chất bán dẫn thế hệ thứ ba vượt trội. Với những đặc tính vật lý ưu việt, tấm bán dẫn này đang tạo ra cuộc cách mạng trong các ứng dụng tần số cao và công suất lớn, bao gồm mạng 5G/6G, truyền thông vệ tinh, phương tiện tự lái và hệ thống radar.
Vật liệu này đã cho phép tạo ra bộ sạc nhanh 100W nhỏ gọn, chỉ bằng lòng bàn tay, giảm thiểu tổn thất chuyển đổi năng lượng xuống dưới 5% trên các nền tảng xe điện 800V và gấp ba lần băng thông truyền tải dữ liệu vệ tinh. Các chuyên gia trong ngành dự báo GaN sẽ mang lại những thay đổi đột phá trong các lĩnh vực này khi công nghệ sản xuất hàng loạt đạt được bước tiến mạnh mẽ.
Tiềm năng của GaN chủ yếu nằm ở tính phân cực tinh thể của nó. Mặc dù cả hai loại GaN phân cực nitrogen và GaN phân cực gallium đều tồn tại, nhưng GaN phân cực nitrogen cho thấy hiệu suất vượt trội. Tuy nhiên, yêu cầu khắt khe về quy trình phát triển và sản xuất phức tạp đã khiến việc sản xuất quy mô lớn tấm bán dẫn GaN phân cực nitrogen gặp nhiều khó khăn, với chi phí quá cao và kích thước tấm chỉ dao động từ 5 - 10 cm.
Vào ngày 22 tháng 3, nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm JFS ở Vũ Hán, tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc đã công bố thành công việc chế tạo tấm bán dẫn GaN phân cực nitrogen trên lớp cách điện (GaNOI) kích thước 8 inch trên nền silicon đầu tiên trên thế giới. Đột phá này đã phá vỡ sự độc quyền công nghệ của các quốc gia khác, giúp giảm chi phí tấm bán dẫn tới 40% và tăng điện áp đánh thủng của thiết bị lên đến 2.000 V.
Theo thông báo chính thức, ba tiến bộ quan trọng giúp đạt được thành tựu này bao gồm: Thứ nhất, việc giảm chi phí nhờ sử dụng đế silicon tương thích với các dây chuyền sản xuất bán dẫn 8 inch tiêu chuẩn, dễ dàng tích hợp vào quy trình CMOS, từ đó thúc đẩy sản xuất hàng loạt.
Thứ hai, vật liệu này kết hợp hiệu suất cao với độ tin cậy vượt trội. Cuối cùng, tỷ lệ thành phẩm đã được cải thiện đáng kể, với tỷ lệ liên kết bề mặt vượt qua 99%. Những bước tiến này mở ra cơ hội ứng dụng công nghiệp quy mô lớn.
Nhóm nghiên cứu cũng công bố dịch vụ chế tạo thử nghiệm (tape-out) cho các thiết bị GaN trên silicon 100 nanomet kích thước 6 inch, cùng bộ công cụ thiết kế quy trình (PDK). PDK là công cụ thiết yếu trong sản xuất bán dẫn, cung cấp thông tin quan trọng cho các nhà thiết kế chip, bao gồm thông số quy trình và quy tắc thiết kế, đóng vai trò cầu nối giữa thiết kế chip và sản xuất.
Ngoài lĩnh vực truyền thông, nhóm nghiên cứu cũng trình diễn hệ thống truyền năng lượng không dây vi sóng động, có khả năng sạc pin cho máy bay không người lái khi bay trong phạm vi 20 mét và cung cấp điện không dây cho các trạm đầu cuối không người lái ở khoảng cách lên tới 1 km. Công nghệ này hứa hẹn sẽ được ứng dụng trong các lĩnh vực như robot nhà máy, trạm năng lượng mặt trời không gian, hệ thống cứu hộ khẩn cấp và thiết bị y tế.
Phòng thí nghiệm hiện đang tiến hành sản xuất hàng loạt công nghệ GaN phân cực nitrogen 8 inch, với mục tiêu giảm tới 60% chi phí thiết bị RF vào năm 2026.
Mặc dù có triển vọng đầy hứa hẹn, việc ứng dụng rộng rãi GaN vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh sự cần thiết của những nỗ lực hợp tác trong toàn chuỗi công nghiệp, kết hợp với đổi mới công nghệ và sản xuất quy mô lớn để tận dụng tối đa tiềm năng của GaN.
