จีนมีแผนสร้างโรงงานชิปขนาดยักษ์ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องเร่งอนุภาค

อัปเดตล่าสุด 12 ต.ค. 2566

จีนมีแผนสร้างโรงงานชิปขนาดยักษ์ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องเร่งอนุภาค ซึ่งนักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเทคโนโลยีที่ไม่เคยมีมาก่อนนี้สามารถก้าวข้ามการคว่ำบาตรของสหรัฐฯ และทำให้จีนเป็นผู้นำคนใหม่ในอุตสาหกรรมชิปเซมิคอนดักเตอร์

วันที่ 25 กันยายน 2023 รายงานจากเซาท์ ไชน่า มอร์นิ่ง โพสต์ เผย จีนมีแผนสร้างโรงงานชิปขนาดยักษ์ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องเร่งอนุภาค โดยนวัตกรรมนี้สามารถส่งเสริมการผลิตชิปที่มีต้นทุนต่ำและมีปริมาณมาก และอาจขับเคลื่อนจีนให้ก้าวขึ้นเป็นผู้นำในการผลิตชิปขั้นสูงทางอุตสาหกรรมที่เรียกว่าชิป 2 นาโนเมตร (นาโนเมตร) และอื่นๆ อีกมากมาย

Advertisement

จีนกำลังสำรวจช่องทางใหม่ในการหลีกเลี่ยงข้อจำกัดเกี่ยวกับเครื่องพิมพ์ Lithography ซึ่งใช้ในการผลิตไมโครชิป การใช้เครื่องเร่งอนุภาคเพื่อสร้างแหล่งกำเนิดเลเซอร์แบบใหม่ โดยมีแผนจะสร้างเครื่องเร่งอนุภาคซึ่งมีเส้นรอบวงระหว่าง 100-150 เมตร (328-492 ฟุต) ซึ่งมีขนาดประมาณสนามบาสเก็ตบอล 2 สนาม ลำแสงอิเล็กตรอนของเครื่องเร่งความเร็วจะเปลี่ยนเป็นแหล่งกำเนิดแสงคุณภาพสูงสำหรับการผลิตชิปที่ไซต์งานและการวิจัยวิทยาศาสตร์

ศาสตราจารย์ Tang Chuanxiang หัวหน้าโครงการจากมหาวิทยาลัยชิงหวา (Tsinghua University) กล่าวในรายงานบนเว็บไซต์ของมหาวิทยาลัยเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดแสงสำหรับเครื่องพิมพ์ชิป EUV ในอนาคต ซึ่งขณะนี้ ทีมงานจากมหาวิทยาลัยกำลังหารืออย่างจริงจังกับหน่วยงานในพื้นที่เมืองใหม่ “สงอัน” (Xiong An) เพื่อเลือกสถานที่ก่อสร้างสำหรับโครงการล้ำสมัยนี้

โครงการของจีนมีเป้าหมายสร้างโรงงานขนาดมหึมาซึ่งมีเครื่องพิมพ์ชิปหลายเครื่องโดยใช้เครื่องเร่งความเร็วเพียงเครื่องเดียว ซึ่งตรงกันข้ามกับผู้เล่นรายใหญ่ เช่น Advanced Semiconductor Materials Lithography (ASML) ซึ่งลดขนาดของเครื่องพิมพ์ชิปเพื่อส่งออก

ASML เป็นบริษัทเดียวที่เป็นเจ้าของเทคโนโลยี EUV Lithography ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตชิปที่มีโหนดขนาด 7 นาโนเมตรหรือต่ำกว่า

ตามรายงานของบลูมเบิร์กเผยแพร่ในเดือนเมษายน ระบุว่า ASML ได้ส่งมอบระบบ EUV แล้ว 180 เครื่อง ณ สิ้นปี 2022 และมีแผนจัดส่ง EUV จำนวน 60 เครื่องในปีนี้

นวัตกรรมนี้สามารถส่งเสริมการผลิตชิปที่มีต้นทุนต่ำและมีปริมาณมาก และอาจขับเคลื่อนจีนให้ก้าวขึ้นเป็นผู้นำในการผลิตชิปขั้นสูงทางอุตสาหกรรมที่เรียกว่าชิป 2 นาโนเมตร และอื่น ๆ อีกมากมาย

ทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังการวิจัยของทีมคือกลไกการเรืองแสงใหม่ที่เรียกว่า steady-state microbunching (SSMB) เสนอครั้งแรกโดยศาสตราจารย์ Zhao Wu จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดและนักศึกษาของเขา Daniel Ratner ในปี 2010 โดย Zhao เป็นอดีตนักเรียนของ Yang Zhenning นักฟิสิกส์ชื่อดัง

ทฤษฎี SSMB ใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาจากอนุภาคที่มีประจุในระหว่างการเร่งความเร็วเพื่อทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดแสง ผลลัพธ์ที่ได้คือแบนด์วิธที่แคบ มุมกระเจิงเล็ก และแสง EUV บริสุทธิ์ที่ต่อเนื่อง

อนุภาคที่มีประจุจะปล่อยแสงออกมาเมื่อถูกเร่ง และเครื่องเร่งที่ใช้ปรากฏการณ์นี้เป็นหนึ่งในแหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์ที่สว่างที่สุด

Zhao กล่าวในรายงานทางวิชาการที่ซิงหวาในเดือนตุลาคม 2022 ว่า “ความท้าทายหลักอยู่ที่การนำทางการกระจายตัวของอิเล็กตรอนภายในวงแหวนกักเก็บของเครื่องเร่ง ทำให้ได้รังสีซิงโครนัสรวม อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถผลิตรังสีคุณภาพสูงตั้งแต่คลื่นเทราเฮิร์ตซ์ที่ความยาวคลื่น 0.3 มม. ไปจนถึงคลื่น EUV ที่ความยาวคลื่น 13.5 นาโนเมตร”

เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยี ASML EUV ในปัจจุบัน SSMB เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่เหมาะสมกว่า มีกำลังเฉลี่ยที่สูงกว่า และผลผลิตการผลิตชิปที่สูงขึ้นพร้อมต้นทุนต่อหน่วยที่ต่ำกว่า

ASML สร้างแหล่งกำเนิด EUV จากพลาสมาที่ผลิตด้วยเลเซอร์ โดยที่พัลส์เลเซอร์แรง ๆ ถูกฉายไปยังไมโครหยดที่เป็นของเหลวของดีบุก เลเซอร์จะบดขยี้หยดและสร้างแสงพัลส์ EUV ระหว่างการกระแทก หลังจากการกรองและการโฟกัสที่ซับซ้อน จะทำให้เกิดแหล่งกำเนิดแสง EUV ที่มีกำลังประมาณ 250W

ก่อนที่จะไปถึงชิป ลำแสง EUV ผ่านการสะท้อนจากกระจก 11 บาน ซึ่งกระจกแต่ละบานจะเกิดการสูญเสียพลังงานประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ เป็นผลให้พลังของลำแสงน้อยกว่า 5W เมื่อไปถึงแผ่นเวเฟอร์ สิ่งนี้อาจกลายเป็นปัญหาได้เมื่อการผลิตเปลี่ยนเป็น 3 นาโนเมตรหรือ 2 นาโนเมตร

เทคโนโลยี SSMB หลีกเลี่ยงข้อกังวลดังกล่าว ลำแสง SSMB ให้กำลังเอาท์พุตสูงกว่า 1,000W และเนื่องจากแบนด์วิธที่แคบ จึงจำเป็นต้องใช้กระจกสะท้อนน้อยลง ซึ่งจะทำให้มีกำลังปลายทางสูงขึ้นโดยธรรมชาติ

ทีมงานดำเนินการขั้นตอนการตรวจสอบครั้งแรกที่แหล่งแสงมาตรวิทยา (MLS) ในกรุงเบอร์ลิน ประเทศเยอรมนี ในปี 2019 การทดลองประสบความสำเร็จ และได้ตีพิมพ์บทความเพื่อแสดงปรากฏการณ์นี้ในวารสาร Nature ประจำปี 2021 ที่ได้รับการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ จากนั้นในปี 2022 ทีมงานได้ออกแบบชิ้นงานต้นแบบอีกชิ้นที่มหาวิทยาลัยชิงหวา

'Tang' ยังตั้งข้อสังเกตในรายงานด้วยว่าการใช้แหล่งกำเนิดแสง SSMB-EUV จะเป็นเครื่องมือใหม่สำหรับการวิจัยระดับแนวหน้าในด้านวัสดุศาสตร์ ฟิสิกส์พื้นฐาน ชีวเคมี และสาขาวิชาอื่น ๆ