Saturday, June 13, 2009

Công nghệ vật liệu chip đi gần đến giới hạn

Các công ty thiết bị bán dẫn sẽ sớm phải tìm ra một chất liệu thay thế tấm wafer silicon để chế tạo bộ vi xử lý nếu họ muốn duy trì nhịp độ phát triển như mong đợi.

Nhờ những bước tiến trong công nghệ sản xuất, ngành công nghiệp bán dẫn đã nâng cao được khả năng chế tạo ra những loại chip rẻ, tiêu thụ ít điện năng và công suất hoạt động mạnh hơn. Tuy nhiên, những tiến bộ này ngày càng khó đạt được khi mà thiết kế của chip ngày càng phải nhỏ hơn. Vật liệu silicon tinh khiết đang đi dần đến giới hạn.

Đây không phải là lần đầu tiên ngành bán dẫn nỗ lực tìm kiếm một phương thức cải tiến tấm silicon. Hiện tại, kỹ thuật xử lý tiên tiến nhất trong việc chế tạo chip thương mại là công nghệ 90 nanomet (nm). Việc chuyển đổi từ công nghệ 130 nm sang 90 nm đã thu hẹp con đường mà các electron đi qua, để lại ít khoảng trống hơn cho chúng di chuyển giữa các phân tử của một tấm silicon wafer. Một giải pháp cho vấn đề này là silicon kéo căng (strained).

Chất silicon căng khắc phục thách thức nói trên bằng cách làm biến dạng tinh thể silicon nhằm tăng hoạt động của chip. Ở cấp độ phân tử, các tinh thể silicon giống như một lưới nhiều phân tử được sắp xếp gọn gàng. Kéo căng lưới này bằng cách dùng một lớp hợp chất silicon-germanium mỏng trên tấm wafer sẽ tạo ra thêm không gian lưu thông cho các electron, để chúng có thể di chuyển thông suốt với ít cản trở. Kỹ thuật này giúp các transistor chuyển đổi trạng thái nhanh hơn, cải thiện hoạt động nói chung và hạ thấp tiêu hao năng lượng.

Silicon căng phù hợp với các quy trình sản xuất tiên tiến nhất hiện nay và sẽ tiếp tục được dùng làm vật chất chính trong các công nghệ 65 và 45 nm. Tuy nhiên, đối với những công nghệ cao cấp hơn nữa thì cần phải có một loại chất khác.

Vấn đề ở đây là kích thước. Khi mà công nghệ xử lý trở nên tinh xảo hơn thì khoảng cách phân biệt các đặc tính trên một chip được giảm bớt còn khả năng lưu thông tự do của các electron giữa những vùng trên chip tăng lên. Chính sự lưu thông này làm tiêu hao năng lượng và cản trở các hoạt động trên chip. Tìm ra một vật liệu phù hợp để dùng trong các quy trình xử lý chip tương lai là điều có thể những mất nhiều thời gian, sức sáng tạo và tiền của. Đó không phải một rào chắn nhỏ mà là một bức tường rất cao phải trèo qua. Tấm silicon wafer dùng để chế tạo chip.

Vì chưa có câu trả lời cho vấn đề này nên silicon sẽ tiếp tục là nền tảng vật chất để chế tạo chip trong tương lai. Tuy nhiên, những chất liệu mới sẽ phải được bổ sung vào silicon nhằm tăng thêm các thuộc tính “cách” và “dẫn” cần thiết để những loại chip thế hệ mới hoạt động tốt. Các nhà nghiên cứu cho rằng, ở cấp độ xử lý dưới 45 nm, cần phải bắt đầu nghĩ đến một sự thay đổi có tính cách mạng về vật chất.

Tìm ra chất thay thế cho các tấm silicon wafer tinh khiết không phải là vấn đề duy nhất mà ngành công nghiệp chip phải đối mặt. Một thách thức khác ở cấp độ dưới 45 nm là việc “làm sạch” chip trong quá trình sản xuất. Các lực Van der Waals (lực hấp dẫn yếu giữa các phân tử) có thể thu nhận cả những phân tử không cần thiết, chẳng hạn hấp thu cả chất Bo (boron) với phân tử silicon. Với kích thước của những loại chip dùng công nghệ dưới 45 nm thì đây sẽ là một vấn đề nghiêm trọng, chưa thể giải quyết bằng những phương pháp hiện có. Lực hấp dẫn giữa các phân tử khác nhau có thể phá hỏng chip. Các kỹ thuật làm sạch hiện nay - sử dụng nước và hóa chất - không thể chiến thắng được các lực Van der Waals.

Các công ty chế tạo chip phải mất ít nhất vài năm để giải quyết vấn đề này trước khi có thể chuyển sang quy trình 45 nm. Intel, hãng sản xuất thiết bị xử lý số 1 thế giới, có kế hoạch chế tạo chip dùng công nghệ 65 nm trong năm nay và bắt đầu chuyển sang 45 nm vào 2007. Đến năm 2009, họ sẽ dùng công nghệ 32 nm và hai năm sau đó sẽ áp dụng quy trình 22 nm.

Phan Khương từ http://www.vnexpress.net/GL/Vi-tinh/2005/03/3B9DC76C/

Share/Save/Bookmark

No comments: