Trúc Hà Nhân
Intern Writer
Trong hơn nửa thế kỷ qua, ngành công nghiệp bán dẫn đã không ngừng thu nhỏ kích thước bóng bán dẫn, từ micromet xuống nanomet. Nhưng khi các linh kiện tiến gần đến quy mô chỉ vài chục nguyên tử, các giới hạn vật lý bắt đầu hiện rõ: dòng điện rò rỉ do hiệu ứng lượng tử, nhiệt sinh ra khó kiểm soát, còn chi phí sản xuất thì tăng vọt.
Các hệ thống quang khắc cực tím sâu (EUV) hiện là đỉnh cao của công nghệ sản xuất chip, với mỗi cỗ máy trị giá hàng trăm triệu đô la, chủ yếu do hãng ASML của Hà Lan cung cấp. Nhưng nhiều nhà nghiên cứu tin rằng, để tiến xa hơn, thế giới cần một bước nhảy khác — không chỉ thu nhỏ thêm vài nanomet, mà là đi thẳng tới cấp độ nguyên tử.
Năm 1989, các nhà khoa học IBM từng sắp xếp 35 nguyên tử xenon thành chữ “IBM” trên bề mặt niken, dùng kính hiển vi quét chui hầm. Thí nghiệm này không tạo ra mạch điện, nhưng cho thấy việc định vị từng nguyên tử là khả thi. Từ đó, nhiều nhóm nghiên cứu đã tìm cách biến các thao tác như vậy thành công cụ chế tạo linh kiện điện tử siêu nhỏ.
Một số hướng đi mới đang được thử nghiệm, như dùng vật liệu hai chiều (graphene, MoS₂) mỏng chỉ một lớp nguyên tử, hoặc tạo các “điểm lượng tử” - nơi các electron bị giam giữ ở cấp độ nguyên tử, hoạt động như khối cơ bản cho máy tính lượng tử.
Tại Trung Quốc, Đại học Nam Kinh đang xây dựng một cơ sở được mô tả là “dây chuyền vi chế tạo nguyên tử cực hạn”, với mục tiêu tự động hóa và tăng tốc quá trình xếp đặt nguyên tử. Dù mới chỉ là bước đầu, đây là một trong số ít nỗ lực chuyển nghiên cứu điều khiển nguyên tử từ phòng thí nghiệm sang quy mô sản xuất.
Các nhà khoa học nhấn mạnh rằng con đường này vẫn còn dài: việc sắp xếp từng nguyên tử đòi hỏi môi trường chân không cực cao, tốc độ cực chậm và độ chính xác tuyệt đối. Tuy vậy, nhiều người coi đây là một cửa ngõ mới - nếu thành công, nó có thể mở ra thế hệ chip sau silicon, nơi ranh giới công nghệ được vẽ lại từ từng nguyên tử.
Các hệ thống quang khắc cực tím sâu (EUV) hiện là đỉnh cao của công nghệ sản xuất chip, với mỗi cỗ máy trị giá hàng trăm triệu đô la, chủ yếu do hãng ASML của Hà Lan cung cấp. Nhưng nhiều nhà nghiên cứu tin rằng, để tiến xa hơn, thế giới cần một bước nhảy khác — không chỉ thu nhỏ thêm vài nanomet, mà là đi thẳng tới cấp độ nguyên tử.
Năm 1989, các nhà khoa học IBM từng sắp xếp 35 nguyên tử xenon thành chữ “IBM” trên bề mặt niken, dùng kính hiển vi quét chui hầm. Thí nghiệm này không tạo ra mạch điện, nhưng cho thấy việc định vị từng nguyên tử là khả thi. Từ đó, nhiều nhóm nghiên cứu đã tìm cách biến các thao tác như vậy thành công cụ chế tạo linh kiện điện tử siêu nhỏ.
Một số hướng đi mới đang được thử nghiệm, như dùng vật liệu hai chiều (graphene, MoS₂) mỏng chỉ một lớp nguyên tử, hoặc tạo các “điểm lượng tử” - nơi các electron bị giam giữ ở cấp độ nguyên tử, hoạt động như khối cơ bản cho máy tính lượng tử.
Tại Trung Quốc, Đại học Nam Kinh đang xây dựng một cơ sở được mô tả là “dây chuyền vi chế tạo nguyên tử cực hạn”, với mục tiêu tự động hóa và tăng tốc quá trình xếp đặt nguyên tử. Dù mới chỉ là bước đầu, đây là một trong số ít nỗ lực chuyển nghiên cứu điều khiển nguyên tử từ phòng thí nghiệm sang quy mô sản xuất.
Các nhà khoa học nhấn mạnh rằng con đường này vẫn còn dài: việc sắp xếp từng nguyên tử đòi hỏi môi trường chân không cực cao, tốc độ cực chậm và độ chính xác tuyệt đối. Tuy vậy, nhiều người coi đây là một cửa ngõ mới - nếu thành công, nó có thể mở ra thế hệ chip sau silicon, nơi ranh giới công nghệ được vẽ lại từ từng nguyên tử.
