Nghiên cứu được dẫn dắt bởi các nhà khoa học từ Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), phối hợp cùng Đại học Hong Kong và một số tổ chức trong nước.
Theo nghiên cứu sinh tiến sĩ Wang Yi, trưởng nhóm dự án, phương pháp chế tạo mới cung cấp một nền tảng đa năng để sản xuất các cấu trúc quang học ba chiều (3D) phức tạp, đồng thời giải quyết bài toán nút thắt cổ chai trong quy trình sản xuất hiện tại.
Nhóm nghiên cứu nhận định cách tiếp cận này có thể thu hẹp khoảng cách giữa các thiết kế quang tử (photonic) tùy chỉnh chuyên sâu và việc sản xuất hàng loạt.
Từ đó, công nghệ sẽ hỗ trợ phát triển nền tảng quang tử tích hợp 3D thế hệ mới dành cho các ứng dụng điện toán, viễn thông và cảm biến tiên tiến.
Thay vì sử dụng phương pháp chế tạo truyền thống dựa trên kỹ thuật chùm ion tập trung (FIB) vốn chỉ tạo ra từng cấu trúc quang học một, các nhà khoa học đã giới thiệu một phương pháp chế tạo song song.
Kỹ thuật này có khả năng chuyển đổi các mô hình hai chiều (2D) thành cấu trúc 3D phức tạp trên toàn bộ đĩa bán dẫn (wafer) 4 inch trong một quy trình duy nhất.
Truyền thông dẫn lời nhóm nghiên cứu cho biết phương pháp này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất sản xuất nhờ khả năng chế tạo đồng thời nhiều cấu trúc, giải quyết hạn chế lớn nhất trong việc phát triển chip quang học 3D tiên tiến.
Kỹ thuật FIB vốn được sử dụng phổ biến để xử lý bề mặt chính xác và phân tích vật liệu. Tuy nhiên, các nhà khoa học Trung Quốc khẳng định nền tảng mới có thể khắc phục nhược điểm của cách tiếp cận cũ.
Theo đó, công nghệ này đạt độ đồng nhất góc trên 97%, đồng thời giảm thời gian chế tạo xuống hơn 100 lần so với phương pháp dùng FIB.
Bước tiến này xuất hiện trong bối cảnh các quốc gia và tập đoàn công nghệ đang chạy đua phát triển công nghệ quang tử để hỗ trợ các hệ thống điện toán trí tuệ nhân tạo (AI) trong tương lai, nơi nhu cầu về xử lý dữ liệu tốc độ cao và tối ưu hiệu quả năng lượng ngày càng lớn.
Nỗ lực thúc đẩy điện toán quang học và truyền tải dữ liệu tốc độ cao đang thu hút các khoản đầu tư khổng lồ từ giới công nghiệp lẫn học thuật toàn cầu.
Các tập đoàn lớn như Intel, TSMC, Ayar Labs và Lightmatter đang tích cực phát triển quang tử silicon và công nghệ kết nối quang học nhằm cải thiện hiệu năng điện toán.
Cùng lúc đó, các viện nghiên cứu như Imec (Bỉ) và NTT (Nhật Bản) cũng đang phát triển nền tảng tích hợp quang tử thế hệ mới.
Trung Quốc không nằm ngoài xu hướng khi các tổ chức như CAS và tập đoàn như Huawei đang mở rộng nỗ lực làm chủ công nghệ chip quang học tiên tiến.
Khi các mô hình AI ngày càng lớn và phức tạp, nhu cầu về phần cứng điện toán nhanh và hiệu quả hơn cũng tăng vọt. Các kết nối quang học mang lại băng thông cao hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn so với cáp đồng truyền thống.
Bằng cách đưa các cấu trúc quang học vào không gian 3D, các kỹ sư có thể tạo ra thiết kế chip dày đặc hơn, giảm nhiễu tín hiệu và kích hoạt các chức năng khó thực hiện với kiến trúc 2D.
Để giải quyết thách thức cốt lõi là khâu sản xuất, nhóm nghiên cứu đã phát triển quy trình song song nói trên.
Thay vì định hình từng cấu trúc bằng chùm ion tập trung, phương pháp này sử dụng chùm ion diện rộng để biến đổi đồng thời hàng nghìn cấu trúc nano 2D thành thiết kế 3D.
Nhờ kết hợp kỹ thuật khắc chùm ion với phương pháp tự gấp "origami", công nghệ này cho phép sản xuất ở quy mô tấm đĩa bán dẫn trong khi vẫn duy trì độ chính xác ở cấp độ nano.
(Theo Interesting Engineering)
.svg){kind=icon}
