Trong một nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí khoa học danh tiếng Nature vào ngày 22 tháng 1, các nhà khoa học tại Đại học Phúc Đán (Trung Quốc) tuyên bố đã đạt được bước tiến quan trọng trong lĩnh vực vật liệu bán dẫn. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công một loại chip dạng sợi hoàn toàn dẻo, có độ dày chỉ tương đương sợi tóc người nhưng vẫn duy trì được khả năng tính toán mạnh mẽ nhờ mật độ bóng bán dẫn (transistor) cao.
Một đoạn chip dạng sợi vừa được các nhà khoa học Trung Quốc công bố
Cấu trúc mạch tích hợp trên sợi độc đáo
Công nghệ mới được nhóm chuyên gia gọi là "mạch tích hợp trên sợi" (fiber integrated circuit). Khác biệt hoàn toàn với phương pháp quang khắc truyền thống vốn khắc mạch điện lên các tấm nền silicon phẳng và cứng, phương pháp mới tiếp cận theo hướng linh hoạt hơn. Các nhà khoa học đã chế tạo các mạch điện hoàn chỉnh trên một tấm nền polyme mềm dẻo, sau đó sử dụng kỹ thuật cuộn tròn để tạo thành cấu trúc dạng sợi mỏng.
Quy trình chế tạo này cho phép tạo ra các vi mạch có kích thước vật lý siêu nhỏ gọn nhưng vẫn đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc điện tử. Nhờ đó, sản phẩm cuối cùng có hình dạng và tính chất vật lý tương tự như một sợi chỉ hoặc sợi tóc, hoàn toàn có thể uốn cong, vặn xoắn mà không gây đứt gãy các kết nối bên trong.
Hiệu suất và mật độ linh kiện ấn tượng
Một trong những thách thức lớn nhất của thiết bị điện tử dẻo từ trước đến nay là sự đánh đổi giữa độ bền cơ học và hiệu suất xử lý. Tuy nhiên, loại chip dạng sợi mới này đã giải quyết được bài toán đó. Mặc dù có kích thước siêu mỏng, con chip vẫn đạt mật độ tích hợp lên tới 100.000 bóng bán dẫn (transistor) trên mỗi cm.
Con số này tương đương với mật độ linh kiện của các dòng chip bán dẫn quy mô lớn truyền thống hiện nay. Điều này đồng nghĩa với việc các thiết bị sử dụng loại chip này sẽ có khả năng xử lý dữ liệu và tính toán phức tạp, thay vì chỉ thực hiện các chức năng cảm biến đơn giản như các loại vật liệu thông minh trước đây.
Khắc phục nhược điểm của Silicon và mở ra kỷ nguyên Wearable Tech
Nghiên cứu chỉ ra rằng các chip thông thường được làm từ tấm nền silicon có nhược điểm chí mạng là độ cứng và tính giòn. Chúng rất dễ hư hỏng nếu bị tác động lực uốn cong hoặc vặn xoắn, đồng thời bề mặt phẳng và cứng khiến chúng không tương thích tốt khi cấy ghép vào mô sống của cơ thể người hoặc tích hợp vào vải vóc.
Sự ra đời của chip dạng sợi hứa hẹn tạo ra cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp thiết bị đeo (wearable technology) và y học. Với khả năng tính toán mạnh mẽ và độ bền cơ học cao, loại chip này mở đường cho việc phát triển các loại trang phục thông minh có thể hoạt động như một máy tính hoặc TV thu nhỏ. Người dùng có thể mặc các thiết bị điện tử này hằng ngày, thậm chí cho vào máy giặt mà không lo ngại về việc hỏng hóc.
Ngoài ra, trong lĩnh vực y tế, tính chất mềm dẻo của chip dạng sợi giúp nó dễ dàng tương thích sinh học, mở ra tiềm năng cho các thiết bị cấy ghép theo dõi sức khỏe thế hệ mới.
Một đoạn chip dạng sợi vừa được các nhà khoa học Trung Quốc công bố
Cấu trúc mạch tích hợp trên sợi độc đáo
Công nghệ mới được nhóm chuyên gia gọi là "mạch tích hợp trên sợi" (fiber integrated circuit). Khác biệt hoàn toàn với phương pháp quang khắc truyền thống vốn khắc mạch điện lên các tấm nền silicon phẳng và cứng, phương pháp mới tiếp cận theo hướng linh hoạt hơn. Các nhà khoa học đã chế tạo các mạch điện hoàn chỉnh trên một tấm nền polyme mềm dẻo, sau đó sử dụng kỹ thuật cuộn tròn để tạo thành cấu trúc dạng sợi mỏng.
Quy trình chế tạo này cho phép tạo ra các vi mạch có kích thước vật lý siêu nhỏ gọn nhưng vẫn đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc điện tử. Nhờ đó, sản phẩm cuối cùng có hình dạng và tính chất vật lý tương tự như một sợi chỉ hoặc sợi tóc, hoàn toàn có thể uốn cong, vặn xoắn mà không gây đứt gãy các kết nối bên trong.
Hiệu suất và mật độ linh kiện ấn tượng
Một trong những thách thức lớn nhất của thiết bị điện tử dẻo từ trước đến nay là sự đánh đổi giữa độ bền cơ học và hiệu suất xử lý. Tuy nhiên, loại chip dạng sợi mới này đã giải quyết được bài toán đó. Mặc dù có kích thước siêu mỏng, con chip vẫn đạt mật độ tích hợp lên tới 100.000 bóng bán dẫn (transistor) trên mỗi cm.
Con số này tương đương với mật độ linh kiện của các dòng chip bán dẫn quy mô lớn truyền thống hiện nay. Điều này đồng nghĩa với việc các thiết bị sử dụng loại chip này sẽ có khả năng xử lý dữ liệu và tính toán phức tạp, thay vì chỉ thực hiện các chức năng cảm biến đơn giản như các loại vật liệu thông minh trước đây.
Khắc phục nhược điểm của Silicon và mở ra kỷ nguyên Wearable Tech
Nghiên cứu chỉ ra rằng các chip thông thường được làm từ tấm nền silicon có nhược điểm chí mạng là độ cứng và tính giòn. Chúng rất dễ hư hỏng nếu bị tác động lực uốn cong hoặc vặn xoắn, đồng thời bề mặt phẳng và cứng khiến chúng không tương thích tốt khi cấy ghép vào mô sống của cơ thể người hoặc tích hợp vào vải vóc.
Sự ra đời của chip dạng sợi hứa hẹn tạo ra cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp thiết bị đeo (wearable technology) và y học. Với khả năng tính toán mạnh mẽ và độ bền cơ học cao, loại chip này mở đường cho việc phát triển các loại trang phục thông minh có thể hoạt động như một máy tính hoặc TV thu nhỏ. Người dùng có thể mặc các thiết bị điện tử này hằng ngày, thậm chí cho vào máy giặt mà không lo ngại về việc hỏng hóc.
Ngoài ra, trong lĩnh vực y tế, tính chất mềm dẻo của chip dạng sợi giúp nó dễ dàng tương thích sinh học, mở ra tiềm năng cho các thiết bị cấy ghép theo dõi sức khỏe thế hệ mới.
