Các nhà nghiên cứu Đại học Thanh Hoa, Trung Quốc sử dụng vật liệu mới trong công nghệ in 3D, được cho là có thể giúp sản xuất chất bán dẫn giá rẻ.
Công nghệ in ba chiều (3D) nổi lên trong những năm gần đây, không chỉ như giải pháp thay thế để sản xuất một số mặt hàng, mà đã trở thành một quy trình sản xuất với số lượng ứng dụng ngày càng tăng trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Sự thành công của quy trình in 3D phụ thuộc phần lớn vào chất lượng liên kết giữa các lớp hoặc các hạt trong vật liệu, ảnh hưởng đến các đặc tính cấu trúc của sản phẩm. Những hạn chế kỹ thuật này đặt ra thách thức lâu dài khi ứng dụng in 3D vào in chất bán dẫn.
Cách điển hình khi in các hạt 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 quyết định hiệu suất của sản phẩm cuối cùng. Vì vậy, các nhà nghiên cứu từ đại học Thanh Hoa đã bổ sung vật liệu mới vào quá trình này, giúp đạt được khả năng in mà không sử dụng chất kết dính hoặc khuôn polyme.
Với phương pháp mới, 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, một “chất keo phân tử” được thêm vào mực mà khi kích hoạt bằng tia laser, nó sẽ hình thành các liên kết ổn định giữa các tinh thể nano, tạo ra các cấu trúc 3D chắc chắn.
Phương pháp này được cho là giúp tạo ra chất bán dẫn có độ tinh khiết cao và vẫn giữ được các đặc tính điện từ ban đầu của chúng.
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 và không đồng nhất.
Marc S. Lavine, biên tập viên của Science cho biết: “Phương pháp này cho phép in 3D có độ chi tiết cao mà không làm thay đổi chất lượng vốn có của tinh thể bán dẫn”.
Các vật liệu được in bằng Pin 3D có hàm lượng tinh khiết cao, với tỷ lệ khối lượng thành phần vô cơ lớn hơn 90%. So với các vật liệu được sản xuất thông qua các phương pháp truyền thống sử dụng mẫu in hoặc chất kết dính khó có thể vượt quá 50% thành phần khối lượng vô cơ.
Pin 3D có thể đạt được độ phân giải in 150 nanomet, nghĩa là nó có thể in các cấu trúc ba chiều 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 ba 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”.
Zhang cho biết, công nghệ không nhằm mục đích thay thế hoàn toàn việc sản xuất mạch tích hợp hiện tại mà là để bổ sung cho công nghệ này, đặc biệt đối với các thiết bị yêu cầu cấu trúc 3D.
Ông nói thêm: “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”.
Do độ chính xác lớn, Pin 3D cũng có thể được sử dụng để in chấm lượng tử, thành phần nhỏ nhất của công nghệ nano có thể tìm thấy trong màn hình TV LED, tấm pin mặt trời và ứng dụng y tế.
Mục tiêu trong 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 thiện chất lượng in quang học.