NHẬT BẢN: NGHIÊN CỨU CÁCH LÀM WAFER CHIP BÁN DẪN TỪ KIM CƯƠNG, THAY THẾ CHO SILICON

Đó là nghiên cứu mới của các nhà khoa học thuộc đại học Chiba, Nhật Bản, chủ biên cuộc nghiên cứu là giáo sư Hirofumi Hidai. Họ đang muốn thử nghiệm việc tạo ra cách để cắt kim cương một cách dễ dàng mà không gây nứt vỡ, ảnh hưởng tới kết cấu tinh thể của loại vật liệu rất cứng này.

Tạm thời bỏ qua độ cứng rất cao của kim cương, từ nhiều năm nay, các nhà khoa học và các kỹ sư đã tìm cách ứng dụng kim cương vào nhiều ngành như viễn thông, năng lượng và cả bán dẫn. Khe vùng (band gap) của kim cương rộng hơn rất nhiều so với silicon, vốn được coi là một chất liệu bán dẫn có độ rộng khe ở mức trung bình. Một thông số khác, hệ số phẩm chất (power of merit) của kim cương cũng cao hơn silic gấp 10 nghìn lần, nếu tạo ra được transistor bán dẫn dựa vào kim cương, thì cả mật độ transistor, khả năng đẩy xung nhịp, độ bền nhiệt (tương ứng với điện áp đầu vào) lẫn hiệu năng đều sẽ vượt xa chất liệu quen thuộc của ngành bán dẫn hiện nay.

Thử thách lớn nhất khiến kim cương chưa trở thành vật liệu bán dẫn lý tưởng, là vì chưa có cách nào để cắt chất liệu kim cương nhân tạo trở thành những tấm wafer mỏng mà không bị nứt vỡ.

Đó là điều mà nghiên cứu của giáo sư Hidai cùng các đồng sự muốn giải quyết. Họ đưa ra giải pháp cắt kim cương bằng laser, với kỹ thuật cho phép giảm thiểu tối đa những nứt vỡ trong kết cấu tinh thể kim cương, bằng cách chụm chùm laser thành một tia hình nón góc hẹp. Chùm tia năng lượng cao này biến kim cương thành carbon vô định hình, mật độ phân tử thấp hơn, khó xảy ra nứt vỡ hơn.

Sau đó, khi đã có lớp carbon vô định hình mềm hơn kim cương, lưỡi dao siêu nhỏ làm bằng tungsten sẽ được dùng để tạo ra những tấm wafer mịn màng như ý muốn, với chi phí thấp hơn nhiều so với công nghệ hiện nay.

Cũng là những người Nhật, hồi đầu năm họ đã tạo ra được wafer chip nhớ kim cương nhân tạo với kích thước rất lớn, mật độ dữ liệu lưu trữ trên một miếng wafer đường kính 5 cm là 25 exabyte, tương đương 25 triệu ổ SSD NVMe 1TB: