Một nhóm các nhà khoa học từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), cùng cộng tác viên của một số tổ chức, đã phát triển phương pháp chế tạo mới cho các cấu trúc quang học ba chiều (3D). Dưới sự dẫn dắt của nghiên cứu sinh Wang Yi, nhóm nghiên cứu cho biết phương pháp này không chỉ linh hoạt mà còn giúp giảm thiểu các nút thắt trong quy trình sản xuất chip quang.
Phương pháp mới này có khả năng thu hẹp khoảng cách giữa thiết kế quang tử tùy chỉnh và sản xuất quy mô lớn, từ đó hỗ trợ phát triển quang tử tích hợp 3D cho các ứng dụng trong điện toán, truyền thông và cảm biến tiên tiến. Thay vì sử dụng kỹ thuật chùm ion hội tụ (FIB) truyền thống, nhóm nghiên cứu đã giới thiệu phương pháp sản xuất song song, có thể chuyển đổi các mẫu 2D thành các kiến trúc 3D phức tạp trên toàn bộ tấm wafer 4 inch trong quy trình duy nhất.
Theo South China Morning Post, phương pháp này có thể cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất bằng cách cho phép chế tạo nhiều cấu trúc cùng lúc, giải quyết một trong những hạn chế lớn trong phát triển chip quang 3D tiên tiến. Công nghệ mới đạt được độ đồng nhất góc hơn 97% và giảm thời gian chế tạo hơn hai bậc so với các phương pháp dựa trên FIB.
Cuộc đua về công nghệ quang tử trong sản xuất chip
Sự phát triển này diễn ra trong bối cảnh các quốc gia và công ty công nghệ đang cạnh tranh để thúc đẩy các công nghệ quang tử nhằm hỗ trợ các hệ thống điện toán AI (trí tuệ nhân tạo) trong tương lai. Những cái tên như Intel, TSMC, Ayar Labs hay Lightmatter đang phát triển công nghệ quang tử silicon và kết nối quang học để cải thiện hiệu suất tính toán. Trong khi đó, Imec (Bỉ) và NTT (Nhật Bản) cũng đang nghiên cứu các nền tảng tích hợp quang tử thế hệ tiếp theo.
Khi các mô hình AI ngày càng phức tạp, nhu cầu về phần cứng tính toán nhanh và hiệu quả cũng gia tăng. Các kết nối quang học cung cấp băng thông cao hơn và tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với các liên kết điện truyền thống. Bằng cách chuyển đổi các cấu trúc quang học sang không gian 3D, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra các thiết kế chip dày đặc hơn, giảm nhiễu tín hiệu và cho phép thực hiện các chức năng khó đạt được với kiến trúc 2D.
Nhóm nghiên cứu đã xác định khâu sản xuất là thách thức chính và phát triển một quy trình song song để khắc phục. Thay vì tạo hình từng cấu trúc bằng chùm ion tập trung, phương pháp mới sử dụng một chùm ion rộng để chuyển đổi hàng nghìn cấu trúc nano 2D thành các thiết kế 3D cùng một lúc. Kỹ thuật này kết hợp khắc bằng chùm ion với phương pháp gấp tự động kiểu "origami", cho phép sản xuất trên quy mô tấm wafer mà vẫn duy trì độ chính xác ở cấp độ nano.
Theo Kiến Văn (TNO)
