Chín đổi mới công nghệ cho ngành bán dẫn vào năm 2023

Từ bóng bán dẫn nhiệt mới đến vật liệu bán dẫn nhanh hơn, những đổi mới công nghệ quan trọng nhất này đang thúc đẩy ngành công nghiệp bán dẫn tiến lên.

1,Giới thiệu bóng bán dẫn nhiệt

Một bóng bán dẫn nhiệt mang tính cách mạng được phát triển bởi một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Los Angeles, đã đạt được một bước đột phá về công nghệ. Nó có tiềm năng vô song trong thiết kế cấp nguyên tử và kỹ thuật phân tử để quản lý nhiệt của chip máy tính. Bóng bán dẫn nhiệt hoàn toàn rắn mới này điều khiển chính xác chuyển động nhiệt bên trong phần tử bán dẫn thông qua hiệu ứng điện trường. Về mặt thiết kế cấp độ nguyên tử và kỹ thuật phân tử, việc quản lý nhiệt của chip máy tính có tiềm năng vô song. Và khả năng tương thích với các quy trình sản xuất chất bán dẫn hiện tại. Bóng bán dẫn đã đạt được tốc độ chuyển mạch kỷ lục hơn 1 megahertz và cung cấp khả năng điều chỉnh 1300% về độ dẫn nhiệt, vượt quá giới hạn trước đây về khả năng điều chỉnh độ dẫn nhiệt.

2,Nâng cấp máy in thạch bản EUV của ASML

Vào năm 2023, ASML đã giao máy in thạch bản quét EUV có NA cao đầu tiên, Twinscan EXE:5000, cho Intel. Quá trình hợp tác phát triển thiết bị này bắt đầu vào năm 2018. Intel có kế hoạch triển khai các thiết bị Twinscan EXE:5200 cấp thương mại để sản xuất số lượng lớn vào năm 2025. Thấu kính 0,55NA của máy in thạch bản quét EUV High-NA đảm bảo độ phân giải 8nm, tức là cần thiết cho việc sản xuất chip tiên tiến trên 3nm. Với việc là công ty đầu tiên áp dụng thiết bị tiên tiến này, Intel đã đạt được lợi thế chiến lược trong việc thiết lập các tiêu chuẩn ngành, có khả năng vượt qua các đối thủ Samsung và TSMC trong tương lai.

3.Trí tuệ nhân tạo cho thiết kế chip

Google đã gây sốc cho cả ngành với một bài nghiên cứu gây tranh cãi khẳng định sức mạnh của trí tuệ nhân tạo trong thiết kế chip. Google tuyên bố rằng công nghệ AI tăng tốc việc lập kế hoạch bố trí các đơn vị xử lý cơ bản của chip AI trong vòng chưa đầy sáu giờ, vượt xa khả năng của các chuyên gia về con người. Con chip có tên TPU v5 hiện đang gây tranh cãi. Google tuyên bố rằng mục đích của họ không phải là thay thế các nhà thiết kế con người mà để chứng minh rằng AI có thể cộng tác trong thiết kế chip.

4, Công nghệ cấp nguồn ngược Chip

Intel đang thận trọng giới thiệu một công nghệ mới, PowerVia, cùng với RibbonFET. PowerVia sử dụng hệ thống truyền lực phía sau, đặt kết nối nguồn ở dưới cùng của vật liệu silicon, giúp tần số tăng 6%, thiết kế nhỏ gọn hơn và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn 30%.Sự tích hợp thành công của PowerVia vào quy trình sản xuất của Intel đã mở đường cho các nút 20A có bóng bán dẫn FET dải vào năm 2024, có khả năng vượt xa các đối thủ cạnh tranh như TSMC và Samsung về bóng bán dẫn nanosheet và truyền tải điện mặt sau.

5. Chip tích hợp laser

Mạch tích hợp quang tử (PIC) đã được sử dụng rộng rãi, triển khai trong các ứng dụng như bộ thu phát quang tốc độ cao và liDAR. Tuy nhiên, do hiệu suất phát sáng của silicon còn hạn chế nên việc tích hợp tia laser vào chip quang tử silicon là một thách thức lớn. Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển điện tử nano Imec ở Bỉ dẫn đầu nghiên cứu. Trong quá trình xử lý chip lật, lõi laser được căn chỉnh chính xác đến độ chính xác dưới micromet, được truyền và liên kết với một tấm bán dẫn quang tử silicon.

Có nhiều cách để chuyển lõi laser, một trong số đó là công nghệ in pad siêu nhỏ, sử dụng chất kết dính hoặc liên kết phân tử, lắp ráp và ghép nối nhanh chóng. Nó có giá trị ứng dụng cao trong các tình huống thông lượng cao, trong đó cần tích hợp một số lượng lớn các thành phần cấp 3-5. Liên kết wafer là một cách khác của liên kết wafer silicon 3-5, có thể xử lý song song nhiều thiết bị và mang lại hiệu quả cao hơn cho giao diện quang học.

6,Sự kết hợp Photon

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Congreve của Đại học Stanford đang tiên phong trong lĩnh vực quang điện với trọng tâm là chuyển đổi tần số cao, quá trình chuyển đổi hai photon năng lượng thấp thành một Photon năng lượng cao (Photon Fusion). Sử dụng phương pháp phân hủy bộ ba, tận dụng các đặc tính cảm quang của bộ ba chứa các kim loại nặng như palladi, iridium hoặc bạch kim, cũng như các vật liệu hoạt hóa, chẳng hạn như rubrene, nhóm nghiên cứu đã đạt được hiệu quả phát thải cao- photon năng lượng. Quá trình này chuyển đổi các bước sóng ánh sáng thành các bước sóng có thể được hấp thụ bởi pin mặt trời silicon, tức là chuyển đổi màu sắc của ánh sáng (công nghệ đổi màu). Quá trình này đã được áp dụng để cải thiện hiệu suất năng lượng mặt trời và có thể tăng hiệu suất năng lượng mặt trời lên 15-20%.

7,Máy gia tốc điện tử cấp chip

Các nhà vật lý tại trường Đại học Erlangen và Nuremberg đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong các máy gia tốc electron cỡ dây chuyền. Sử dụng vật liệu điện môi để chế tạo máy gia tốc trên chip, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một kênh rộng 225 nanomet và dài 0,5 mm có thể tăng đáng kể năng lượng điện tử lên 43% thông qua các xung laser hồng ngoại được tính giờ chính xác và 733 cột silicon cao 2 micron. Điều này mang lại một bước nhảy vọt lớn trong lĩnh vực vật lý máy gia tốc, máy gia tốc điện tử nanophotonic, có thể được chế tạo bằng các kỹ thuật phòng sạch tiêu chuẩn như quang khắc chùm tia điện tử.

số 8,Vật liệu cho chất bán dẫn tốc độ cao mới

Các nhà khoa học đã phát hiện ra thứ mà họ cho là vật liệu bán dẫn nhanh nhất và hiệu quả nhất cho đến nay, Re6Se8Cl2. Vật liệu này bao gồm rheni, selen và clo, tạo thành các cụm được gọi là “siêu nguyên tử”. Những siêu nguyên tử này tạo ra một cấu trúc độc đáo trong đó các exiton, trạng thái liên kết của electron và lỗ trống, liên kết với các phonon thay vì trạng thái tán xạ, tạo ra các giả hạt mới gọi là exciton-polon âm thanh.

9,Các vấn đề về tính bền vững của chất bán dẫn: Gallium nitride và silicon cacbua

Do những ưu điểm của chất bán dẫn gali nitrit (GaN) và cacbua silic (SiC) so với công nghệ silicon truyền thống, lĩnh vực điện tử công suất đang trải qua một sự thay đổi lớn. Gallium nitride, dựa trên lĩnh vực chất bán dẫn hỗn hợp, đã gây ra sự thay đổi mang tính cách mạng trong lĩnh vực chiếu sáng vào khoảng năm 2001, nhanh chóng dẫn đầu hơn 50% thị trường đèn LED gallium nitride toàn cầu. Sự thay đổi này không chỉ giảm mức tiêu thụ điện chiếu sáng từ 30 đến 40% mà còn tạo tiền đề cho một cuộc cách mạng rộng lớn hơn trong lĩnh vực điện tử công suất. GaN và SiC, góp phần to lớn vào hiệu quả và chức năng vượt trội của chúng, đang thay thế silicon trong các ứng dụng điện tử công suất quan trọng. Hai loại vật liệu này giúp giảm lãng phí năng lượng và còn mang lại lợi ích to lớn cho môi trường.

Những tiến bộ công nghệ mới này, đồng thời định hình ngành bán dẫn, cũng nêu bật hướng phát triển của ngành bán dẫn trong vài năm tới. Các ranh giới của công nghệ liên tục bị phá vỡ và điều bất biến duy nhất là sự đổi mới không ngừng.

Fountyl Technologies PTE Ltd, đang tập trung vào ngành sản xuất chất bán dẫn, các sản phẩm chính bao gồm: Mâm cặp chốt, mâm cặp gốm xốp, bộ tác động cuối bằng gốm, dầm vuông gốm, trục chính bằng gốm, vui lòng liên hệ và đàm phán!