Imec trình diễn công nghệ nanopore thể rắn quy mô wafer bằng EUV

Một cột mốc quan trọng của ngành công nghệ sinh – bán dẫn vừa được thiết lập khi Imec chính thức trình diễn thành công công nghệ chế tạo nanopore thể rắn đầu tiên ở quy mô wafer bằng phương pháp quang khắc EUV trên wafer 300mm. Thành tựu này không chỉ đánh dấu bước tiến lớn về mặt kỹ thuật, mà còn mở ra kỷ nguyên mới cho cảm biến sinh học, giải trình tự hệ gen, nghiên cứu protein, chẩn đoán y sinh và thậm chí cả lưu trữ dữ liệu phân tử.

Từ một công nghệ vốn chỉ tồn tại trong phạm vi phòng thí nghiệm, nanopore thể rắn nay đã tiến gần hơn bao giờ hết tới sản xuất công nghiệp quy mô lớn.

Nanopore – công nghệ đột phá cho sinh học phân tử và y học chính xác

Nanopore được ca ngợi là một trong những bước đột phá lớn nhất trong lĩnh vực nghiên cứu hệ gen và protein. Về nguyên lý, công nghệ này sử dụng các lỗ nano siêu nhỏ để:

• Phân tích trình tự ADN, ARN
• Phát hiện cấu trúc protein
• Đo lường các phân tử sinh học đơn lẻ
• Ứng dụng trong chẩn đoán nhanh bệnh lý

Tuy nhiên, trong nhiều năm qua, nanopore thể rắn gặp phải rào cản rất lớn về khả năng sản xuất hàng loạt, do:

• Tính biến thiên cao giữa các lỗ nano
• Khó tích hợp với quy trình sản xuất CMOS
• Độ ổn định và độ chính xác chưa đủ cho ứng dụng thương mại quy mô lớn

Chính những hạn chế này đã khiến nanopore thể rắn chưa thể bứt phá khỏi quy mô phòng thí nghiệm, dù tiềm năng ứng dụng được đánh giá là rất lớn.

Đột phá của Imec: Nanopore thể rắn lần đầu tiên được chế tạo ở quy mô wafer 300mm

Trong nghiên cứu mới nhất, Imec đã chế tạo thành công nanopore thể rắn trực tiếp trên wafer 300mm bằng công nghệ quang khắc EUV (Extreme Ultraviolet Lithography) – công nghệ vốn trước đây chỉ được sử dụng cho các chip logic và bộ nhớ tiên tiến nhất thế giới.

Điểm nổi bật của công nghệ mới:

• Kích thước lỗ nano nhỏ tới khoảng 10 nm
• Độ đồng đều cực cao trên toàn bộ wafer 300mm
• Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (Signal-to-noise ratio) đạt 6,2
• Hứa hẹn giảm kích thước lỗ xuống dưới 5 nm khi tiếp tục tối ưu quy trình

Những con số này cho thấy nanopore thể rắn đã đạt ngưỡng kỹ thuật đủ để bước vào sản xuất quy mô công nghiệp, thay vì chỉ dừng lại ở nghiên cứu hàn lâm.

Cánh cửa mới cho cảm biến sinh học tương thích CMOS, thông lượng cao

Theo Imec, bước đột phá này mở ra khả năng chế tạo:

• Mảng cảm biến sinh học tương thích CMOS
• Cảm biến thông lượng cực cao
• Thiết bị chẩn đoán nhanh tại điểm chăm sóc (point-of-care)
• Hệ thống giải trình tự gen thế hệ mới
• Nền tảng lưu trữ dữ liệu phân tử

Nhờ khả năng sản xuất đồng loạt trên wafer 300mm, các thiết bị dựa trên nanopore thể rắn sẽ có:

• Chi phí thấp hơn nhiều lần
• Độ ổn định cao
• Độ lặp lại gần như tuyệt đối

Đây là tiền đề quan trọng để nanopore từ công nghệ nghiên cứu tiến hóa thành hạ tầng công nghiệp cho y học chính xác (precision medicine).

Imec: Đưa quang khắc EUV từ chip bán dẫn sang khoa học sự sống

Ông Ashesh Ray Chaudhuri – tác giả chính và quản lý dự án R&D tại Imec – khẳng định:

“Imec có vị thế độc nhất để thực hiện bước nhảy vọt này. Chúng tôi đã áp dụng công nghệ quang khắc EUV – vốn chỉ dành cho bộ nhớ và logic – vào khoa học sự sống. Nhờ tận dụng hạ tầng quang khắc sẵn có, chúng tôi chứng minh rằng các lỗ nano thể rắn có thể được chế tạo quy mô lớn với độ chính xác cần thiết cho cảm biến phân tử.”

Theo ông Chaudhuri, bước đi này mở ra kỷ nguyên mới của các mảng cảm biến sinh học thông lượng cao, phục vụ:

• Y học cá nhân hóa
• Chẩn đoán bệnh trong thời gian thực
• Theo dõi sinh học quy mô lớn
• Công nghệ sinh học thế hệ mới

Không chỉ y sinh: Nanopore còn hướng tới lưu trữ dữ liệu phân tử

Bên cạnh y sinh, nanopore thể rắn quy mô wafer còn được kỳ vọng là nền tảng của công nghệ lưu trữ dữ liệu bằng phân tử sinh học (DNA storage) – một hướng đi mới giúp:

• Lưu trữ dữ liệu dung lượng siêu lớn
• Tiết kiệm không gian
• Tiêu thụ năng lượng thấp
• Độ bền hàng trăm năm

Nếu được thương mại hóa thành công, nanopore có thể thay đổi hoàn toàn cách con người lưu trữ dữ liệu trong tương lai.

Imec – trung tâm đổi mới bán dẫn hàng đầu thế giới

Imec là một trong những trung tâm nghiên cứu và đổi mới công nghệ bán dẫn hàng đầu thế giới, với:

• Hơn 6.500 chuyên gia
• Hạ tầng R&D tiên tiến hàng đầu toàn cầu
• Hoạt động trong các lĩnh vực:
  • Bán dẫn
  • AI
  • Quang tử silicon
  • Kết nối & cảm biến
  • Hệ thống thông minh

Các nghiên cứu của Imec đang tạo ra tác động sâu rộng tới nhiều ngành:

• Điện toán
• Y tế
• Ô tô
• Năng lượng
• Công nghiệp
• Nông nghiệp công nghệ cao
• An ninh – quốc phòng

Thông qua chương trình IC-Link, Imec đồng hành cùng các doanh nghiệp từ ý tưởng chip ban đầu đến sản xuất quy mô lớn, cung cấp giải pháp thiết kế và chế tạo tiên tiến.

Imec đặt trụ sở tại Leuven (Bỉ), có các cơ sở nghiên cứu tại:

• Bỉ
• Châu Âu
• Hoa Kỳ

Và có đại diện hoạt động trên ba châu lục. Trong năm 2024, Imec đạt doanh thu 1,034 tỷ euro, tiếp tục khẳng định vai trò trung tâm đổi mới bán dẫn toàn cầu.

Kết luận: Nanopore bước ra khỏi phòng thí nghiệm, tiến vào kỷ nguyên sản xuất công nghiệp

Thành công của Imec trong việc chế tạo nanopore thể rắn ở quy mô wafer bằng công nghệ EUV là một bước ngoặt có tính lịch sử. Điều này không chỉ:

• Thay đổi cách sản xuất thiết bị sinh học
• Tăng tốc y học cá nhân hóa
• Cách mạng hóa chẩn đoán bệnh
• Định hình tương lai của lưu trữ dữ liệu sinh học

Mà còn cho thấy ranh giới giữa công nghệ bán dẫn và khoa học sự sống đang ngày càng xóa nhòa, mở ra một kỷ nguyên công nghệ giao thoa chưa từng có.

Một số câu hỏi liên quan