Nexstrom (Singapore) muốn đưa chất bán dẫn 2D vào các nhà máy chip

Trong nhiều thập kỷ, ngành sản xuất chip không ngừng tìm cách làm chip nhanh hơn bằng cách thu nhỏ transistor silicon và nhồi thêm thật nhiều transistor lên mỗi con chip. Nhưng việc thu nhỏ transistor cũng kéo theo hàng loạt vấn đề: kiểm soát dòng electron trở nên khó hơn, làm trầm trọng thêm các hiện tượng như rò rỉ điện, thất thoát năng lượng và tỏa nhiệt.

Nexstrom, một startup bán dẫn được ươm tạo bởi Xora Innovation, cho rằng sử dụng vật liệu hai chiều (2D) thay cho silicon là một hướng đi khả thi để giải quyết bài toán này — đặc biệt trong bối cảnh tình trạng thiếu hụt linh kiện toàn cầu do nhu cầu về trung tâm dữ liệu vẫn chưa có dấu hiệu hạ nhiệt.

Vật liệu 2D và tham vọng của Nexstrom

Công ty có trụ sở tại Singapore đang phát triển thiết bị và quy trình cho phép các nhà máy chip (foundry) chế tạo trực tiếp những chất bán dẫn siêu mỏng, gọi là dichalcogenide kim loại chuyển tiếp (TMD), ngay trên tấm wafer.

Thực ra TMD không hẳn là hai chiều theo nghĩa đen; chúng chỉ mỏng đến mức được xếp chung vào một họ vật liệu lớn gọi là "vật liệu 2D" để minh họa độ mỏng của chúng. TMD chỉ dày vài lớp nguyên tử, một đặc tính đang thu hút sự chú ý của giới sản xuất chip khi họ tìm cách thu nhỏ kích thước chip hơn nữa.

"Trong phòng thí nghiệm, người ta có thể tạo ra vật liệu rất nhỏ và chất lượng cao, nhưng chỉ ở quy mô rất nhỏ. Đây chính xác là khoảng trống mà Nexstrom đang nhắm tới." — Lance Li, đồng sáng lập kiêm nhà khoa học trưởng của Nexstrom.

Startup này cho biết sản phẩm của mình mang tên North Star được thiết kế để nuôi lớn TMD trực tiếp trên tấm wafer 300mm (12 inch) — loại đang được dùng trong sản xuất chip thương mại.

Không đơn độc trên đường đua

Nexstrom không phải cái tên duy nhất nhận ra tiềm năng của chất bán dẫn 2D trong việc thu nhỏ chip. TSMC, Intel và viện nghiên cứu IMEC của Bỉ đều đang phát triển các cách tích hợp vật liệu 2D vào transistor. Các công ty thiết bị và vật liệu như AIXTRON, CDimension cùng một số startup khác cũng đang xử lý những mắt xích khác trong chuỗi sản xuất.

Thậm chí TSMC, ASML và IMEC mới đây đã trình diễn cách dùng transistor vật liệu 2D trong một quy trình tích hợp trên wafer 300mm.

Tuy nhiên, Nexstrom đặt cược rằng họ có thể tạo bước tiến ở một lĩnh vực đặc biệt khó: sản xuất những vật liệu này cho sản xuất bán dẫn ở quy mô lớn. Công nghệ của công ty một phần dựa trên nghiên cứu của đồng sáng lập kiêm nhà khoa học trưởng Lance Li, người trước đây từng lãnh đạo nghiên cứu về điện tử hậu silicon tại TSMC. Ông Li đã làm việc với vật liệu 2D từ năm 2012.

Vòng gọi vốn hạt giống 12 triệu USD

Để hiện thực hóa mục tiêu đó, hôm thứ Ba, công ty Singapore thông báo đã huy động được 12 triệu USD vòng hạt giống từ các nhà đầu tư gồm Xora, Foothill Ventures và SEEDS. Tổng số vốn công ty gọi được đến nay là 15 triệu USD.

Thay vì cạnh tranh với các gã khổng lồ sản xuất chip như TSMC, Samsung hay Intel, Nexstrom muốn bán công nghệ cho họ hoặc hợp tác như đối tác. Công ty cho biết một số doanh nghiệp trong ngành đã thử nghiệm mẫu wafer và vật liệu của mình, nhưng từ chối nêu tên.

Tuy vậy, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết trước khi loại chất bán dẫn tí hon này có thể được sản xuất ở quy mô lớn, mà vấn đề then chốt là nuôi lớn TMD một cách ổn định trên toàn bộ tấm wafer cỡ lớn.

"Ở giai đoạn hiện tại, công việc của chúng tôi tập trung vào việc đạt được chất lượng vật liệu mà các đối tác trong ngành yêu cầu. Chúng tôi đã chứng minh được kết quả vật liệu trên wafer bằng hệ thống 12 inch vừa được lắp đặt. Chúng tôi đã mở rộng quy mô một cách có hệ thống từ 2 inch lên 6 inch, và sẽ hoàn thành mốc 8 inch vào cuối tháng 10." — Phoebe Tan, CEO Nexstrom.

Kế hoạch sử dụng vốn

Nexstrom dự định dùng số tiền gọi được để tiếp tục phát triển công nghệ và đưa thiết bị tiến gần hơn tới sản xuất thương mại. Bà Tan cho biết khoản tiền còn hướng tới việc cải thiện khả năng kiểm soát quy trình và đo lường, mở rộng đội ngũ, cùng hỗ trợ các chương trình đánh giá chất lượng (qualification) với khách hàng tiềm năng.

Startup này kỳ vọng thiết bị của mình sẽ sẵn sàng cho sản xuất thương mại trong khoảng năm 2030 đến 2035.

Góc nhìn cho Việt Nam

Câu chuyện của Nexstrom phản ánh một xu hướng đáng chú ý trong ngành bán dẫn khu vực Đông Nam Á: các startup công nghệ sâu (deep tech) tại Singapore đang tìm cách chen chân vào những mắt xích khó nhất của chuỗi cung ứng chip toàn cầu, thay vì chỉ làm gia công hay đóng gói.

Với Việt Nam — nơi đang đẩy mạnh thu hút đầu tư vào ngành bán dẫn và đào tạo nhân lực thiết kế chip — sự phát triển của các công ty như Nexstrom cho thấy cơ hội không chỉ nằm ở khâu lắp ráp, kiểm thử, mà còn ở nghiên cứu vật liệu và thiết bị tiên tiến. Đây cũng là lời nhắc rằng khoảng cách về công nghệ lõi vẫn còn rất lớn, và để tham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị bán dẫn, khu vực cần đầu tư dài hạn vào R&D cơ bản.