Các nhà khoa học từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) vừa công bố một phương pháp chế tạo chip quang ba chiều (3D) đột phá, có thể giảm thời gian sản xuất xuống hơn hai bậc so với các kỹ thuật hiện tại. Nghiên cứu do nghiên cứu sinh Wang Yi dẫn đầu, hợp tác với nhiều tổ chức, đã giải quyết nút thắt lớn nhất trong sản xuất chip quang hiện đại.
Phương pháp sản xuất song song thay thế FIB
Thay vì sử dụng kỹ thuật chùm ion hội tụ (FIB) truyền thống – vốn chỉ tạo hình từng cấu trúc một – nhóm nghiên cứu đã phát triển quy trình sản xuất song song. Phương pháp này sử dụng chùm ion rộng để chuyển đổi hàng nghìn cấu trúc nano 2D thành các kiến trúc 3D phức tạp trên toàn bộ tấm wafer 4 inch chỉ trong một quy trình duy nhất.
Theo South China Morning Post, công nghệ mới đạt độ đồng nhất góc hơn 97% và giảm thời gian chế tạo hơn 100 lần so với các phương pháp dựa trên FIB. Điều này cho phép sản xuất quy mô lớn các cấu trúc quang tử 3D mà vẫn duy trì độ chính xác ở cấp độ nano.
Ứng dụng trong điện toán AI và truyền thông
Phương pháp mới có thể thu hẹp khoảng cách giữa thiết kế quang tử tùy chỉnh và sản xuất hàng loạt, thúc đẩy phát triển quang tử tích hợp 3D cho các ứng dụng trong điện toán, truyền thông và cảm biến tiên tiến. Khi các mô hình AI ngày càng phức tạp, nhu cầu về phần cứng tính toán nhanh và hiệu quả tăng cao. Các kết nối quang học cung cấp băng thông cao hơn và tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với liên kết điện truyền thống.
Bằng cách chuyển đổi cấu trúc quang học sang không gian 3D, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra 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.
Cuộc đua quang tử toàn cầu
Sự phát triển này diễn ra trong bối cảnh các quốc gia và công ty công nghệ đang cạnh tranh thúc đẩy công nghệ quang tử để hỗ trợ hệ thống AI tương lai. Intel, TSMC, Ayar Labs và Lightmatter đang phát triển quang tử silicon và kết nối quang học. Imec (Bỉ) và NTT (Nhật Bản) cũng nghiên cứu nền tảng tích hợp quang tử thế hệ tiếp theo.
Nhóm nghiên cứu CAS đã xác định khâu sản xuất là thách thức chính và phát triển quy trình song song kết hợp khắc chùm ion với phương pháp gấp tự động kiểu origami. Kỹ thuật này cho phép sản xuất trên quy mô tấm wafer, mở đường cho thương mại hóa chip quang 3D hiệu suất cao.
