Nexstrom là một công ty khởi nghiệp bán dẫn tại Singapore. Công ty đang phát triển thiết bị tạo vật liệu bán dẫn hai chiều trực tiếp trên wafer 300 mm dùng trong nhà máy chip. Theo TechCrunch, Nexstrom đặt mục tiêu đưa thiết bị vào sản xuất thương mại trong giai đoạn từ năm 2030 đến năm 2035.
Công nghệ của Nexstrom tập trung vào dichalcogenide kim loại chuyển tiếp, gọi tắt là TMD. Thách thức chính là tạo vật liệu đồng đều trên toàn bộ wafer. Quy trình cũng phải cho kết quả có thể lặp lại, thay vì chỉ hiệu quả trên những mẫu nhỏ trong phòng thí nghiệm.
Nỗ lực này diễn ra khi các nhà sản xuất chip ngày càng khó cải thiện hiệu năng chỉ bằng cách thu nhỏ transistor silicon. Transistor nhỏ hơn cho phép đặt nhiều linh kiện hơn trên mỗi chip. Tuy nhiên, việc kiểm soát dòng electron cũng khó hơn, làm tăng rò điện, tiêu thụ năng lượng và nhiệt. Nhu cầu từ trung tâm dữ liệu tiếp tục thúc đẩy ngành bán dẫn tìm kiếm vật liệu và phương pháp sản xuất mới. Chip cũng là một phần quan trọng của hạ tầng trí tuệ nhân tạo. Năng lực tính toán của hạ tầng này phụ thuộc trực tiếp vào nguồn cung phần cứng.
Nexstrom đặt cược vào vật liệu TMD
Nexstrom chọn TMD vì loại vật liệu này chỉ gồm vài lớp nguyên tử và có thể hỗ trợ quá trình tiếp tục thu nhỏ transistor. Công ty không chỉ nghiên cứu vật liệu mà còn phát triển North Star, một hệ thống tạo TMD trực tiếp trên wafer 300 mm đang được dùng trong sản xuất chip thương mại.
TMD không thực sự chỉ có hai chiều, nhưng vật liệu mỏng đến mức được xếp vào nhóm vật liệu 2D. Đặc tính này khiến TMD trở thành một hướng nghiên cứu đối với các hãng muốn tiếp tục giảm kích thước transistor.
Tạo được một mẫu TMD nhỏ trong phòng thí nghiệm khác với việc phủ vật liệu đồng đều trên toàn bộ wafer. North Star được thiết kế cho wafer 300 mm, tương đương 12 inch. Nexstrom xem khả năng làm việc với kích thước wafer này là điều kiện cần để công nghệ có thể đi vào các nhà máy chế tạo chip hiện có.
Quy mô sản xuất là nội dung khó nhất
Vấn đề Nexstrom muốn giải quyết là duy trì chất lượng vật liệu trên toàn bộ wafer và lặp lại kết quả qua nhiều lần sản xuất. Các phòng thí nghiệm đã tạo được những mẫu TMD nhỏ có chất lượng cao, nhưng sản xuất hàng loạt đòi hỏi độ đồng đều, khả năng kiểm soát và mức độ ổn định cao hơn.
TSMC, Intel và viện nghiên cứu IMEC của Bỉ đều đang phát triển phương pháp tích hợp vật liệu 2D vào transistor. Các công ty thiết bị và vật liệu như AIXTRON, CDimension cùng một số công ty khởi nghiệp khác cũng tham gia vào những phần khác nhau của chuỗi sản xuất.
TechCrunch cho biết TSMC, ASML và IMEC đã trình diễn transistor dùng vật liệu 2D trong quy trình tích hợp trên wafer 300 mm. Nexstrom không định cạnh tranh trực tiếp với TSMC, Samsung hay Intel trong hoạt động sản xuất chip. Công ty muốn bán công nghệ cho các nhà sản xuất hoặc hợp tác với họ.
Lance Li, đồng sáng lập kiêm giám đốc khoa học của Nexstrom, từng phụ trách nghiên cứu điện tử hậu silicon tại TSMC và đã làm việc với vật liệu 2D từ năm 2012. Theo Li, phòng thí nghiệm có thể tạo vật liệu chất lượng cao ở quy mô nhỏ, nhưng chưa giải quyết được đầy đủ yêu cầu của sản xuất hàng loạt. Khoảng cách đó là vấn đề Nexstrom đang tập trung xử lý.
Từ wafer 2 inch đến hệ thống 12 inch
Nexstrom đã mở rộng quy trình từ wafer 2 inch lên 6 inch trước khi lắp đặt hệ thống 12 inch. Phoebe Tan cho biết hệ thống mới đã tạo được vật liệu trên wafer, còn hai hạng mục 8 inch dự kiến hoàn tất vào cuối tháng 10. TechCrunch không nêu thêm chi tiết về hai hạng mục này.
Ở giai đoạn hiện tại, nhóm của Tan điều chỉnh chất lượng vật liệu theo yêu cầu do các đối tác trong ngành đưa ra.
Một số doanh nghiệp trong ngành đã thử nghiệm mẫu wafer và vật liệu của Nexstrom, nhưng công ty không công bố tên đối tác.
Vòng hạt giống 12 triệu USD
Theo TechCrunch, Nexstrom huy động 12 triệu USD trong vòng hạt giống từ Xora Innovation, Foothill Ventures và SEEDS, nâng tổng số vốn đã huy động lên 15 triệu USD. Công ty sẽ dùng tiền để phát triển thiết bị, cải thiện khả năng kiểm soát và đo lường quy trình, mở rộng đội ngũ và hỗ trợ chương trình thẩm định với khách hàng tiềm năng.
Nexstrom được ươm tạo bởi Xora Innovation. Công ty chọn phát triển công nghệ cho các nhà sản xuất lớn thay vì tự xây dựng nhà máy chip. Là một công ty khởi nghiệp công nghệ, Nexstrom tập trung vào thiết bị và quy trình tạo vật liệu TMD cho các nhà sản xuất chip lớn.
Mục tiêu thương mại từ năm 2030
Theo TechCrunch, Nexstrom dự kiến thiết bị sẽ sẵn sàng cho sản xuất thương mại trong giai đoạn từ năm 2030 đến năm 2035. Từ nay đến đó, công ty sẽ tiếp tục phát triển North Star và thực hiện các chương trình thẩm định với khách hàng tiềm năng.
Hệ thống 12 inch mới chứng minh Nexstrom đã vận hành quy trình trên kích thước wafer dùng trong nhà máy chip. Công ty chưa công bố kết quả từ chương trình thẩm định của khách hàng hoặc thời điểm giao thiết bị thương mại đầu tiên.
Nexstrom dự định bán thiết bị và quy trình cho các hãng sản xuất chip hoặc hợp tác trực tiếp với họ, thay vì tự xây nhà máy và cạnh tranh với TSMC, Samsung hay Intel. Mô hình này đặt North Star vào khâu tạo vật liệu TMD trên wafer 300 mm của dây chuyền hiện có.
Hãy tiếp tục theo dõi Sine để cập nhật hành trình đưa vật liệu bán dẫn 2D từ phòng thí nghiệm vào nhà máy chip.
