Nhóm nghiên cứu Trung Quốc rút ngắn thời gian sản xuất chip quang học 3D từ giờ xuống còn giây

Từ lâu, công nghệ chip quang học được xem là tương lai của phần cứng trí tuệ nhân tạo (AI) nhờ khả năng truyền dữ liệu bằng ánh sáng, vượt trội hơn so với truyền thông điện tử truyền thống về băng thông và tiêu thụ điện năng. Tuy nhiên, việc sản xuất hàng loạt các cấu trúc quang học 3D phức tạp thường gặp phải hạn chế về thời gian chế tạo và chi phí, khiến ứng dụng công nghiệp còn nhiều khó khăn.

Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Vật lý, Học viện Khoa học Trung Quốc (CAS), phối hợp với Đại học Hong Kong và các tổ chức khác, vừa công bố nghiên cứu trên tạp chí danh tiếng Advanced Materials ngày 4/7, cho biết đã phát triển kỹ thuật sản xuất mới rút ngắn thời gian chế tạo chip quang học 3D từ hàng giờ xuống chỉ còn vài giây.

Thay vì sử dụng chùm ion tập trung (focused ion beam - FIB) gia công từng cấu trúc một cách tuần tự, quá trình sản xuất truyền thống với độ chính xác cao nhưng rất chậm, nhóm đã phát triển công nghệ mới áp dụng chùm ion rộng chiếu đồng thời lên toàn bộ tấm wafer có kích thước 10 cm (4 inch). Nhờ vậy, các mẫu hai chiều được thiết kế trước có thể cùng lúc chuyển hóa thành các kết cấu ba chiều trên toàn bộ bề mặt wafer.

Nhóm nghiên cứu cho biết nền tảng sản xuất của họ đạt độ đồng nhất góc vượt 97% và giảm thời gian chế tạo hơn 100 lần so với phương pháp FIB truyền thống. Công nghệ này kết hợp kỹ thuật ăn mòn bằng chùm ion rộng với chiến lược “gấp giấy origami” tự động tạo hình, vừa giữ được độ chính xác ở kích thước nano, vừa đảm bảo khả năng sản xuất quy mô lớn.

Trong bối cảnh các công ty hàng đầu thế giới như Intel, TSMC, Ayar Labs hay Lightmatter đẩy mạnh đầu tư vào công nghệ silicon photonics và kết nối quang học cho phần cứng AI, cùng với các tổ chức nghiên cứu tại Bỉ và Nhật Bản, Trung Quốc cũng không đứng ngoài cuộc với các đơn vị như CAS và Huawei.

Việc mở rộng các cấu trúc quang học vào không gian ba chiều giúp tăng mật độ tích hợp và giảm nhiễu chéo, từ đó nâng cao hiệu suất và mở rộng tính năng não chip quang học. Nghiên cứu của nhóm Trung Quốc không chỉ góp phần giải quyết bài toán sản xuất mà còn mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi cho các thiết bị quang học hiện đại.

Để chứng minh tính linh hoạt của nền tảng, nhóm đã tạo ra hai sản phẩm mẫu. Thứ nhất là bề mặt metasurface ba chiều có cấu trúc uốn cong đặc biệt thể hiện khả năng điều khiển ánh sáng phân cực tròn với hệ số phân cực vòng tròn thực nghiệm đạt 0,8 trong vùng hồng ngoại trung bình.

Thứ hai là lưới plasmonic co lại theo cấu trúc gập được, cho phép điều chỉnh cộng hưởng quang học trên dải bước sóng 150 nanomet trong quang phổ nhìn thấy nhờ kiểm soát độ cong của bề mặt.

Nhờ những tiến bộ này, công nghệ chip quang học 3D có tiềm năng vượt qua các rào cản sản xuất hiện nay, góp phần thúc đẩy phát triển phần cứng AI thế hệ tiếp theo.

Bài viết được biên tập với sự hỗ trợ của công cụ trí tuệ nhân tạo (AI), tổng hợp từ các nguồn tin dẫn bên dưới và đã qua kiểm duyệt của toà soạn Quang Minh Việt Nam.