South China Morning Post (SCMP) đưa tin, công nghệ in ba chiều (3D) đã và đang nổi lên trong những năm gần đây. Từ một giải pháp thay thế để sản xuất một số mặt hàng, nay nó đã trở thành một quy trình sản xuất tiềm năng với số lượng ứng dụng ngày càng tăng trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Sự thành công của công nghệ in 3D phụ thuộc phần lớn vào chất lượng liên kết giữa các lớp hoặc các hạt trong vật liệu, nó có thể ảnh hưởng đến các đặc tính của cấu trúc sản phẩm. Những hạn chế kỹ thuật này đặt ra thách thức lâu dài khi ứng dụng in 3D vào quy trình in chất bán dẫn.
Được biết, cách tiếp cận điển hình khi in các hạt nano bán dẫn là sử dụng chất kết dính polyme, nhưng phương pháp này có thể làm ảnh hưởng đến độ tinh khiết và các đặc tính then chốt để quyết định hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.
Để khắc phục, các nhà nghiên cứu từ đại học Thanh Hoa, Trung Quốc đã bổ sung vật liệu mới vào quá trình in này. Các nhà nghiên cứu cho biết, phương pháp mới sẽ là cách tiếp cận phổ quát đầu tiên đối với chất bán dẫn in 3D và vật liệu chức năng vô cơ khác. Nghiên cứu do phó giáo sư Zhang Hao, các giáo sư Li Jinghong, Lin Linhan và Sun Hongbo đến từ Đại học Thanh Hoa chủ trì. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science vào ngày 28/9 vừa qua.
Phương pháp mới sẽ giúp in mà không cần sử dụng chất kết dính hoặc khuôn polyme, từ đó tạo ra chất bán dẫn có độ tinh khiết cao và vẫn giữ được các đặc tính điện từ ban đầu của chúng. Cụ thể, phương pháp này được gọi là “3D Pin”, các tinh thể nano bán dẫn được phân tán trong một loại mực được thiết kế đặc biệt. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã thêm một "molecular glue" (tạm dịch: chất keo phân tử) vào mực; khi kích hoạt bằng tia laser, nó sẽ hình thành các liên kết ổn định giữa các tinh thể nano, từ đó tạo ra các cấu trúc 3D chắc chắn.
Các nhà nghiên cứu cho biết do tính linh hoạt của công thức mực, phương pháp cũng có thể được sử dụng để tạo ra nhiều loại chất bán dẫn, kim loại và oxit bán dẫn, thậm chí có thể tạo ra các cấu trúc hỗn hợp, không đồng nhất.
Marc S. Lavine, biên tập viên của Science cho biết: “Phương pháp này cho phép in 3D có độ phân giải cao mà không làm thay đổi chất lượng vốn có của tinh thể bán dẫn”.
Các vật liệu được in bằng phương pháp “Pin 3D” sẽ có hàm lượng tinh khiết cao, với tỷ lệ khối lượng thành phần vô cơ lớn hơn 90%. Các vật liệu được sản xuất thông qua các phương pháp truyền thống khó có thể vượt quá 50% thành phần khối lượng vô cơ.
Pin 3D có thể đạt được độ phân giải 150 nanomet, nghĩa là nó có thể in các cấu trúc 3D phức tạp, chính xác, chẳng hạn như khuôn mặt người, bông hoa hay thậm chí là Tháp Eiffel.
So với các kỹ thuật sản xuất mạch tích hợp truyền thống, 3D Pin có thể tạo trực tiếp các cấu trúc 3 chiều mà không cần xếp chồng các lớp. Nhà nghiên cứu Zhang Hao cho biết: “Phương pháp của chúng tôi có tiềm năng trở thành một giải pháp thay thế tiết kiệm chi phí hơn để chế tạo các thiết bị bán dẫn có cấu trúc 3D”.
Ông nói thêm rằng, công nghệ này không nhằm mục đích thay thế hoàn toàn việc sản xuất mạch tích hợp hiện tại mà để bổ sung cho nó, đặc biệt đối với các thiết bị yêu cầu cấu trúc 3D. “Mặc dù nó không thể được sử dụng để sản xuất các loại chip tốt như 3nm, nhưng có tiềm năng lớn trong việc xử lý chip có kích thước vài trăm, thậm chí hàng chục nanomet”, Zhang Hao nhấn mạnh.
Do độ chính xác “tuyệt vời”, Pin 3D cũng có thể được sử dụng để in chấm lượng tử, những thành phần nhỏ nhất của công nghệ nano có thể được tìm thấy trong màn hình TV LED, tấm pin mặt trời và các ứng dụng y tế.
Mục tiêu tương lai của nhóm nghiên cứu bao gồm tinh chỉnh độ tinh khiết của các thành phần vô cơ đến gần 100% nhất có thể và cải tiến công nghệ quang học, từ đó nâng cao chất lượng in.
Tham khảo SCMP