Chip kim cương: Bước tiến mới của Nhật Bản trong ngành bán dẫn

Công ty khởi nghiệp Nhật Bản Ookuma Diamond Device đang dẫn đầu nỗ lực đưa chip kim cương vào ứng dụng thực tiễn đầu tiên trên thế giới, đánh dấu một bước tiến mới trong ngành bán dẫn Nhật Bản. Công nghệ này được cho là sẽ mở ra tiềm năng cách mạng hóa nhiều lĩnh vực, từ hàng không vũ trụ đến xe điện.

CHIP KIM CƯƠNG: GIẢI PHÁP CHO MÔI TRƯỜNG KHẮC NGHIỆT

Theo The Japan Times, Ookuma Diamond Device đang đẩy nhanh tiến độ xây dựng một cơ sở sản xuất tại thị trấn Okuma, tỉnh Fukushima, nơi đặt nhà máy điện hạt nhân của Công ty Điện lực Tokyo. Công ty đặt mục tiêu đưa chip kim cương vào sử dụng thực tế từ năm tài khóa 2026. Với khả năng chịu được mức độ bức xạ hạt nhân cao, điện áp lớn và nhiệt độ khắc nghiệt, chip kim cương được coi là “bán dẫn tối thượng”.

Naohisa Hoshikawa, Giám đốc điều hành và nhà sáng lập Ookuma Diamond Device, từng là một cựu sinh viên Đại học Hokkaido, đã bắt đầu hành trình nghiên cứu về chip kim cương từ năm 2016, khi hợp tác với Phó Giáo sư Junichi Kaneko, một chuyên gia hàng đầu về chip kim cương. Năm 2021, họ tạo ra nguyên mẫu thành công của các linh kiện điện tử dựa trên chip kim cương, và đến năm 2022, Ookuma Diamond Device được thành lập. 

Theo Nikkei Asia, chip kim cương được kỳ vọng ứng dụng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ bền vượt trội, như hàng không vũ trụ, y tế và xe điện. Với tính chất dẫn điện và tản nhiệt vượt trội, kim cương nhân tạo giúp giảm kích thước và tăng hiệu suất của các thiết bị điện tử, tạo ra lợi thế cạnh tranh trong cuộc đua công nghệ bán dẫn toàn cầu.

NHẬT BẢN VÀ CUỘC ĐUA BÁN DẪN TOÀN CẦU

Ngành bán dẫn Nhật Bản từng là “người khổng lồ” vào những năm 1980, nhưng đã mất dần vị thế trước các đối thủ từ Hàn Quốc, Đài Loan và Mỹ. Trong bối cảnh cạnh tranh địa chính trị và nhu cầu về công nghệ tiên tiến tăng cao, Nhật Bản đang nỗ lực lấy lại vị thế thông qua các công nghệ đột phá như chip kim cương. Theo báo cáo của Semiconductor Industry Association (SIA, 2024), thị trường bán dẫn toàn cầu dự kiến đạt 1 nghìn tỷ USD vào năm 2030, với nhu cầu về chip chịu được điều kiện khắc nghiệt ngày càng tăng. Chip kim cương, với những đặc tính ưu việt, được xem là “vũ khí” chiến lược của Nhật Bản trong cuộc đua này.

Chính phủ Nhật Bản cũng đang hỗ trợ mạnh mẽ cho chiến lược này. Theo Reuters, Tokyo đã công bố gói tài trợ 7 nghìn tỷ yên (khoảng 47 tỷ USD) để phát triển ngành bán dẫn nội địa, bao gồm hỗ trợ các công ty khởi nghiệp như Ookuma Diamond Device. Sự kết hợp giữa nghiên cứu học thuật từ các trường như Đại học Hokkaido và nỗ lực thương mại hóa của các doanh nghiệp đang tạo động lực cho sự phục hưng ngành bán dẫn Nhật Bản.

Ông Hoshikawa đã so sánh tiềm năng của chip kim cương với chương trình Apollo của Mỹ, vốn đã tạo ra hàng loạt công nghệ thay đổi cuộc sống. “Chúng tôi muốn xây dựng một xã hội thịnh vượng bằng cách sử dụng chip kim cương”. Ông cho biết các ứng dụng tiềm năng bao gồm cảm biến y tế chính xác cao, hệ thống quản lý năng lượng trong xe điện, và thậm chí là thiết bị hoạt động trong không gian, nơi bức xạ vũ trụ là một thách thức lớn.

Chất bán dẫn kim cương (diamond semiconductor) hay còn gọi là chip kim cương là một công nghệ mới nổi trong lĩnh vực vi điện tử, sử dụng kim cương nhân tạo như một vật liệu bán dẫn thay cho silicon truyền thống. Theo các nhà nghiên cứu, nếu silicon là nền tảng của “thung lũng Silicon”, thì trong tương lai, kim cương có thể trở thành “nền tảng vật liệu của thế kỷ 21” cho những ngành công nghệ đòi hỏi hiệu suất và độ bền vượt trội. Hiện nay một số công ty và viện nghiên cứu ở Nhật, Mỹ, EU đang đầu tư mạnh vào phát triển diamond semiconductor như một thế hệ chip mới sau silicon và silicon carbide (SiC).

Theo IEEE Spectrum, chip kim cương có thể giảm tiêu thụ năng lượng trong các hệ thống điện tử xuống mức tối thiểu, góp phần vào mục tiêu trung hòa carbon mà Nhật Bản đặt ra cho năm 2050. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn củng cố vị thế của Nhật Bản trong việc dẫn dắt các công nghệ xanh.