Quy trình sản xuất mới giúp giảm giá thành thiết bị bán dẫn GaAs 100-200 lần

Gallium arsenide (GaAs) là một loại vật liệu bán dẫn tương tự như silicon, rất thích hợp trong công nghệ chế tạo chip điện tử cũng như tế bào năng lượng mặt trời.

Hình ảnh minh họa một tấm GaAs với các mạch điện được tạo ra trên bề mặt​

Tuy nhiên, khi nhắc đến các thiết bị này người ta thường chỉ nghĩ đến silicon bởi đây là vật liệu phổ biến nhất hiện nay mặc dù so với silicon, GaAs có ưu điểm hơn hẳn về tốc độ di chuyển của điện tử trong cấu trúc tinh thể, tức là hơn hẳn về khả năng dẫn điện cũng như tốc độ truyền và phân tích dữ liệu. Nguyên nhân khiến khả năng ứng dụng của GaAs bị hạn chế là bởi chi phí để sản xuất loại vật liệu này cao hơn cả nghìn lần so với silicon. Tuy nhiên, một nhóm nghiên cứu dẫn dầu bởi giáo sư khoa học vật liệu Bruce Clemens tại Stanford mới đây đã tìm ra một phương pháp sản xuất mới có thể giảm đáng kể chi phí sản xuất các linh kiện điện tử GaAs. Theo đó, giá thành của các thiết bị GaAs sẽ giảm từ 100 đến 200 lần so với hiện tại. Nghiên cứu hứa hẹn sẽ mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng từ GaAs đặc biệt là trong công nghệ chế tạo các chip điện tử có tốc độ xử lý nhanh hơn, cũng như sự phổ biến của các tế bào năng lượng mặt trời GaAs. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí MRS Communications.

Theo giáo sư Bruce Clements, trong công nghệ sản xuất tế bào năng lượng mặt trời, hiện tại bán dẫn GaAs được xem là một trong những vật liệu hàng đầu bởi tính hiệu năng trong quá trình chuyển đổi photon thành năng lượng điện. Trong lĩnh vực viễn thông, các điện thoại di động sử dụng chip GaAs cũng có ưu điểm hơn hẳn silicon về tốc độ xử lý tín hiệu cao tần. Tuy nhiên, theo Aneesh Nainani, một giảng viên ngành công nghiệp vật liệu bán dẫn ở Stanford,để tạo ra một đế (wafer) GaAs mỏng, hình tròn với đường kính 8 inche (tương đương 20,3 cm) phải tốn hết 5.000$ so với 5$ nếu là silicon. Chính vì quá đắt nên GaAs chỉ được sử dụng cho các thiết bị cực kỳ quan trọng mà ở đó giá trị sử dụng tương xứng với giá thành, ví dụ như trong lĩnh vực sản xuất vệ tinh.

Hiện nay, trong công nghệ chế tạo thiết bị bán dẫn GaAs, để tạo ra lớp mạch điện trên các đế GaAs, thông thường các nhà sản xuất sẽ thổi một luồng khí của GaAs và các vật liệu khác qua bề mặt của tấm wafer. Luồng khí này sẽ ngưng tụ lại thành một lớp mạch điện mỏng chứa tất cả các thiết bị điện cần thiết trên bề mặt wafer. Như vậy trong công nghệ này, tấm wafer GaAs đắt tiền chỉ có tác dụng như một giá đỡ. Để có thể tiết kiệm được chi phí sản xuất, giải pháp mà nhóm nghiên cứu nghĩ đến là làm sao để có thể tái sử dụng lại các đế GaAs. Nếu số lần tái sử dụng càng lớn thì chi phí sẽ theo đó càng giảm.

Cụ thể hơn, họ sẽ thêm vào quá trình thông thường một số bước nhất định. Đầu tiên, các wafer sẽ được phủ bởi một lớp vật liệu dùng một lần. Sau đó một lớp mạch điện sẽ được tạo ra trên vật liệu này với quy trình như thông thường. Sau khi hoàn tất, họ sử dụng laser để làm bốc hơi lớp vật liệu dùng một lần này đồng thời nâng lớp mạch điện vừa vẽ lên khỏi wafer và đặt nó lên trên một bề mặt cứng hơn. Wafer sau đó sẽ được lau sạch và tiếp tục sử dụng để tạo ra hàng loạt các mạch điện tiếp theo. Theo ước tính của Aneesh Nainani, quy trình này sẽ giúp giá thành các thiết bị GaAs chỉ còn đắt hơn 50-100 lần so với bán dẫn silicon, giảm rất nhiều so với con số một nghìn lần trước đó.

Giáo sư Clemens cho biết, quá trình này có ý nghĩa quan trọng vì nó như một nghiên cứu khơi mào, từ đó thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học cũng như các công ty đối với các thiết bị điện tử GaAs. Nếu được tập trung nghiên cứu và đầu tư thích đáng, trong tương lai giá thành của loại vật liệu này sẽ còn được cải thiện nhiều hơn nữa..

Theo Tinhte.vn