Công nghệ chip 3D đột phá của MIT: Mở đường cho điện tử nhanh, mạnh và tiết kiệm năng lượng hơn

Trong một bước đột phá có thể mở đường cho các thiết bị điện tử nhanh hơn, mạnh hơn và bền bỉ hơn, các nhà nghiên cứu tại MIT đã phát triển một quy trình mới, chi phí thấp để chế tạo chip 3D.

Phương pháp này, được trình bày chi tiết trong báo cáo của MIT News vào ngày 18 tháng 6 năm 2025, tích hợp các bóng bán dẫn GaN (gallium nitride) hiệu suất cao lên các chip silicon tiêu chuẩn, hứa hẹn mang lại hiệu suất vượt trội.

Vượt qua rào cản chi phí: Tích hợp GaN lên silicon

Trong nhiều năm, ngành công nghiệp điện tử đã tìm cách sử dụng gallium nitride (GaN) trong các mạch phức tạp. GaN là một chất bán dẫn nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn silicon, nhưng chi phí cao của nó đã hạn chế việc sử dụng rộng rãi. Các phương pháp thông thường liên kết toàn bộ wafer GaN với silicon rất tốn kém, cản trở việc áp dụng phổ biến.

Quy trình mới của MIT đã loại bỏ việc sử dụng wafer GaN riêng biệt và thay vào đó, các bóng bán dẫn GaN được tích hợp trực tiếp lên wafer silicon. Kết quả là, quy trình mới này đã cắt giảm chi phí đáng kể đồng thời tăng tốc độ và hiệu quả. Quy trình này được phát minh bởi các nhà nghiên cứu MIT cùng với các đối tác trong ngành.

Công nghệ “dielets” và liên kết đồng-đồng nhiệt độ thấp

Các nhà nghiên cứu đã thực hiện điều này bằng cách cắt các bóng bán dẫn GaN riêng lẻ, gọi là dielets, có kích thước 240 x 410 micron. Mỗi bóng bán dẫn được chế tạo với các trụ đồng nhỏ ở phía trên, được dùng để liên kết trực tiếp với các trụ đồng trên bề mặt của một chip CMOS silicon tiêu chuẩn. Việc sử dụng kỹ thuật liên kết đồng-đồng ở nhiệt độ thấp này không chỉ rẻ hơn, dẫn điện tốt hơn mà còn tương thích với các nhà máy sản xuất bán dẫn tiêu chuẩn so với các phương pháp truyền thống dùng vàng để liên kết.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng quy trình này để chế tạo một bộ khuếch đại công suất đạt được cường độ tín hiệu cao hơn so với các chip chỉ dùng silicon hiện đang được sử dụng trong smartphone, đồng thời tiêu thụ ít điện năng hơn. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn trong các thiết bị 5G/6G và IoT. Các chip này cũng hứa hẹn cho điện toán lượng tử, vì GaN hoạt động rất tốt ở nhiệt độ thấp.

Nếu công nghệ này được thương mại hóa, smartphone và các thiết bị điện tử tiêu dùng khác có thể chứng kiến sự tăng cường đáng kể về hiệu suất, cung cấp sức mạnh cần thiết cho các mô hình AI trên thiết bị tiên tiến hơn. Hiện tại, Samsung Galaxy S25 Ultra (giá khoảng 1.219 USD trên Amazon, tương đương 30,9 triệu VNĐ) vẫn là một trong những smartphone mạnh mẽ nhất với khả năng AI trên thiết bị.