Trung Quốc chế tạo thành công bóng bán dẫn có kích thước chỉ bằng đường kính của chuỗi DNA

Hiện tại các chip tiên tiến nhất trên thị trường đều sử dụng những bóng bán dẫn 7 nanomet (nm). Nhưng mới đây, Giáo sư Yin Huaxiang cho biết nhóm của ông đã phát triển thành công bóng bán dẫn 3nm, ngang với đường kính của một chuỗi DNA trong cơ thể con người. Về cơ bản, với kích thước này các nhà khoa học có thể đưa hàng chục tỷ bóng bán dẫn vào một con chip có kích thước bằng móng tay.

Theo Yin, các bóng bán dẫn có kích thước càng nhỏ thì càng nhiều bóng bán dẫn được đưa vào một con chip, giúp tăng hiệu suất của con chip theo cấp số nhân. Hiện tại, ông Yin đang làm phó giám đốc thiết bị vi điện tử và công nghệ tích hợp tại Viện Vi Điện tử thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc.

Bóng bán dẫn được kết hợp với nhau để tạo ra các con chip. Những con chip được xây dựng bởi bóng bán dẫn 3nm sẽ tăng tốc độ tính toán và giảm mức tiêu thụ điện năng, Yin nói. Nhờ vậy, các con chip mới sẽ giúp người dùng smartphone chơi game hoặc sử dụng các ứng dụng nặng cả ngày mà không cần sạc pin.

Để đạt được thành tựu này, Yin nói rằng nhóm của ông đã phải vượt qua những trở ngại lớn. Một trong số trở ngại chính là định luật Boltzmann Tyranny, mô tả bởi nhà vật lý người Áo thế kỷ 19 Ludwig Boltzmann về vấn đề liên quan tới sự phân bố electron trong một không gian. Với các nhà phát triển chip, định luật Boltzmann Tyranny có nghĩa là khi càng nhiều bóng bán dẫn được tích hợp vào một con chip, nhiệt lượng tạo ra bởi dòng điện sử dụng bởi các bóng bán dẫn có thể đốt cháy con chip.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà vật lý học đã đề xuất nhiều phương án. Theo Yin, nhóm của ông đang sử dụng một phương thức gọi là điện dung âm, mà về cơ bản có thể cung cấp năng lượng cho các bóng bán dẫn chỉ bằng một nửa lượng điện tối thiểu theo lý thuyết.

Sẽ phải mất vài năm nghiên cứu trước khi có thể thương mại hóa công nghệ này bởi Yin nói rằng nhóm của ông vẫn đang tìm cách kiểm soát chất lượng và kiếm vật liệu phù hợp.

"Đây là phần thú vị nhất trong công việc của chúng tôi. Không chỉ là một phát hiện mới trong phòng thí nghiệm, nó còn có tiềm năng ứng dụng vào thực tế rất cao", Yin nói. "Và chúng tôi cũng đã có bằng sáng chế cho công nghệ này".

"Đột phá này sẽ giúp Trung Quốc cạnh tranh trực tiếp với các hãng hàng đầu thế giới về phát triển chip", ông Yin nói thêm. "Trước đây, chúng tôi chỉ quan sát các hãng khác cạnh tranh với nhau. Bây giờ, chúng tôi có thể cạnh tranh trực tiếp với tất cả họ".

Một giáo sư chuyên nghiên cứu về công nghệ chip trong tương lai của Đại học Thanh Hoa cho rằng do hàng rào thuế quan, chiến tranh thương mại Mỹ - Trung, Trung Quốc đang mau chóng phát triển nhằm bắt kịp các nước phương Tây.

"Hiện tại vẫn còn khoảng cách giữa Trung Quốc và các nước phương Tây và khoảng cách ấy không thể san lấp được trong một đêm với một đột phá duy nhất", vị giáo sư này chia sẻ nhưng yêu cầu được giấu tên vì tính nhạy cảm của công việc.

Trong khi các bóng bán dẫn với kích thước một nguyên tử, 1/2nm, đang được phát triển tại Trung Quốc thì các nước khác đã gia nhập cuộc đua đưa bóng bán dẫn 3nm ra thị trường.

Samsung cho biết họ sẽ hoàn thành việc phát triển bóng bán dẫn 3nm vào nửa đầu năm tới. So với công nghệ 7nm, Samsung nói rằng các con chip xây dựng bởi bóng bán dẫn 3nm sẽ sử dụng ít điện năng hơn 1 nửa và có hiệu suất cao hơn 35%. Tuy nhiên, Samsung chưa tiết lộ thời điểm đưa chip 3nm vào sản xuất.