Chip không cần silicon – “Con át chủ bài” mới của Trung Quốc?

Trung Quốc vừa đạt được bước đột phá lớn trong công nghệ chip khi các nhà khoa học tại Đại học Bắc Kinh phát triển thành công bóng bán dẫn (transistor) 2D mới sử dụng vật liệu bismuth thay cho silicon truyền thống. Loại bóng bán dẫn này được đánh giá nhanh hơn 40% và tiêu tốn ít năng lượng hơn 10% so với chip silicon 3 nanomet tiên tiến nhất hiện nay của Intel và TSMC. Công nghệ mới được kỳ vọng sẽ giúp Trung Quốc vượt qua các rào cản về chip do lệnh cấm vận công nghệ từ Mỹ.

Khác với bóng bán dẫn silicon vốn đã chạm giới hạn thu nhỏ và tiêu hao nhiều điện năng, thiết kế mới ứng dụng cấu trúc GAAFET (Gate-All-Around FET) giúp electron di chuyển dễ dàng hơn nhờ cổng bao quanh hoàn toàn kênh dẫn. Bên cạnh đó, thay vì dùng vật liệu silicon, nhóm nghiên cứu sử dụng các vật liệu 2D mới là Bi₂O₂Se và Bi₂SeO₅ có độ dày nguyên tử mỏng giúp tăng tốc độ xử lý và giảm thất thoát năng lượng.

Ảnh: iStock

Điểm đặc biệt của các vật liệu mới này là có hằng số điện môi cao giúp giảm tổn thất điện và nâng cao hiệu suất tính toán. Trước đây, việc ứng dụng vật liệu 2D gặp khó khăn do cấu trúc không ổn định nhưng nhóm nghiên cứu đã giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra lớp tiếp xúc bền vững giữa Bi₂O₂Se và Bi₂SeO₅ giúp electron di chuyển mượt mà hơn, tăng hiệu quả hoạt động của bóng bán dẫn.

Hiện nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công các bóng bán dẫn thử nghiệm và các đơn vị logic nhỏ, tiến tới kế hoạch mở rộng quy mô sản xuất. Thành công này không chỉ mở ra kỷ nguyên chip không cần silicon cho Trung Quốc mà còn có thể tạo nên cuộc cách mạng mới trong ngành bán dẫn thế giới, hướng tới các loại chip mạnh hơn, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.