Các nhà khoa học Trung Quốc giới thiệu phương pháp chế tạo song song biến mô hình 2D thành cấu trúc quang học 3D

Các nhà khoa học Trung Quốc giới thiệu phương pháp chế tạo song song chỉ mất vài giây để biến mô hình 2D thành cấu trúc quang học 3D phức tạp trên toàn bộ tấm bán dẫn.

Trong nghiên cứu công bố hôm 4/7 trên tạp chí Advanced Materials, nhóm nghiên cứu đến từ Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) cộng tác với Đại học Hong Kong và một số tổ chức khác của Trung Quốc mô tả về phương pháp chế tạo giúp giảm thời gian sản xuất cấu trúc quang học 3D phức tạp từ nhiều giờ xuống còn vài giây. Thay vì sử dụng chùm ion tập trung (FIB) để chạm khắc từng cấu trúc một, nghiên cứu sinh Wang Yi và cộng sự phát triển quy trình sản xuất song song, có khả năng biến mô hình hai chiều (2D) thành cấu trúc ba chiều (3D) trên toàn bộ tấm bán dẫn cỡ 10 cm.

Theo Interesting Engineering, FIB thường được sử dụng để xử lý chính xác bề mặt và phân tích vật liệu, nhưng giải pháp của nhóm nghiên cứu có thể khắc phục một số nhược điểm của phương pháp này. Phương pháp sử dụng hệ thống FIB để gia công cấu trúc theo từng điểm với độ chính xác cỡ nanomet nhưng quy trình nối tiếp này rất chậm, tốn kém và không phù hợp để sản xuất công nghiệp quy mô lớn. Các nhà nghiên cứu tìm cách vượt qua thách thức trong sản xuất thông qua thay thế chế tạo nối tiếp bằng quy trình song song giúp biến đổi toàn bộ tấm bán dẫn cùng lúc.

Bằng cách mở rộng cấu trúc quang học thành dạng 3D, các nhà nghiên cứu có thể xây dựng đường dẫn phức tạp hơn, đạt mật độ tích hợp cao hơn, giảm nhiễu chéo và mở ra những chức năng khó thực hiện trong thiết kế 2D. Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp sản xuất mới đạt độ đồng đều góc (mức độ phân bố đều nhau của cường độ ánh sáng hoặc màu sắc theo góc nhìn khác nhau trong không gian) trên 97% và thời gian chế tạo ngắn hơn 100 lần so với FIB.

Theo SCMP, thay vì gia công lặp đi lặp lại từng cấu trúc riêng lẻ bằng FIB, kỹ thuật mới phơi toàn bộ tấm bán dẫn dưới chùm ion rộng, khiến hàng nghìn cấu trúc nano 2D thiết kế sẵn gập lại thành dạng hình học 3D. Kết hợp sử dụng chùm ion rộng với tự gấp kiểu origami, phương pháp này cho phép sản xuất trên toàn bộ bề mặt tấm bán dẫn đồng thời duy trì độ chính xác ở cấp nano.

Chip quang học đang trở thành trung tâm của cuộc đua phát triển phần cứng AI thế hệ tiếp theo. Thông qua truyền dữ liệu bằng ánh sáng thay vì điện, công nghệ quang học có thể vượt qua những hạn chế về băng thông và năng lượng. Nhiều công ty như Intel, TSMC, Ayar Labs và Lightmatter đang đầu tư mạnh vào công nghệ quang tử silicon và kết nối quang học, trong khi một số tổ chức nghiên cứu như Imec của Bỉ và NTT của Nhật Bản theo đuổi nền tảng tích hợp quang tử. Trung Quốc cũng đang mở rộng đầu tư vào chip quang học thông qua CAS và các công ty như Huawei.