Phòng thí nghiệm bán dẫn thuộc Trung tâm nghiên cứu triển khai, Khu công nghệ cao TP HCM (SHTP-Labs) có tổng diện tích hơn 600 m2, chia thành bốn khu vực chính gồm: Khu thao tác hóa chất, khu quang khắc, khu chế tạo và khu vực phân tích. Các khu vực này đạt tiêu chuẩn phòng sạch Class 10.000, 1.000 và 100. Thông số này tương ứng số lượng hạt bụi cho phép trên một feet khối. Kích thước hạt bụi yêu cầu nhỏ hơn 5 micromet, phù hợp việc nghiên cứu chế tạo chip kích thước micromet. Nhiệt độ trong phòng sạch được duy trì từ 20 - 22 độ C.

Phòng sạch được kết nối với phòng phụ trợ thông qua các đường ống lớn. Khu vực này có các hệ thống xử lý nước theo phương pháp khử ion, tức nước không còn chứa phân tử có khả năng dẫn điện. Phòng phụ trợ còn có các hệ thống lọc bụi, sấy khô không khí. Vì không khí có độ ẩm sẽ ảnh hưởng đến hoạt động các máy móc trong phòng sạch. Ngoài ra, khu vực này có các máy nén công suất cao nhằm cung cấp khí nén, chân không cho phòng thí nghiệm.

Trong quy trình chế tạo chip cảm biến, các nghiên cứu viên sử dụng tấm wafer (tấm bán dẫn silicon) trắng, tức chưa có cấu trúc bề mặt thiết kế.

Tấm wafer sau đó được rửa bằng hóa chất chuyên dụng làm sạch bề mặt theo chuẩn quốc tế RCA. Tất cả dụng cụ, bồn chứa phục vụ rửa wafer sử dụng vật liệu chống hóa chất ăn mòn.

Sau quá trình rửa bằng hóa chất, tấm wafer được đưa qua máy sấy khô làm sạch bước tiếp theo. Máy này có cơ chế tương tự máy giặt, dùng nước khử ion nóng và khí NO2 được sấy khô để làm sạch và khô tấm wafer.

Khi kết thúc quá trình sấy máy sẽ thông báo bằng đèn và dừng hoạt động để người quản lý lấy tấm wafer ra khỏi máy.

Khu vực quang khắc tạo cấu trúc linh kiện bán dẫn được coi là công đoạn quan trọng nhất trong quá trình chế tạo chip với yêu cầu phòng sạch đạt chuẩn Class 100. Cấu trúc của linh kiện bán dẫn được phát triển dựa trên các bộ mặt nạ được các nghiên cứu viên SHTP Labs thiết kế, sau đó gửi đi nước ngoài chế tạo nhằm đảm bảo cấu trúc linh kiện có độ sắc nét cao.

Bộ mặt nạ và tấm wafer được phủ chất cảm quang được đặt đồng tâm với nhau và được chiếu ánh sáng UV. Dựa trên cơ chế cảm quang và phản ứng ăn mòn trên tấm wafer sẽ tạo ra cấu trúc mạch điện linh kiện mong muốn. Bên trong khu vực quang khắc sử dụng ánh sáng vàng nhằm mục đích các hóa chất sử dụng trong quá trình tạo cấu trúc không bị biến đổi.

Tấm wafer có cấu trúc được đưa vào máy cắt thành các die linh kiện riêng biệt. Mỗi tấm wafer có thể chứa đến hàng nghìn die linh kiện cảm biến tùy theo thiết kế.

Tấm wafer đã có cấu trúc của linh kiện bán dẫn là các cảm biến. Để tạo ra một wafer có cấu trúc cần 4 bộ mặt nạ với cảm biến áp suất, 8 mặt nạ với cảm biến đo pH. Với IC cần vài chục đến vài trăm bộ mặt nạ.

Khu vực kiểm định các linh kiện bán dẫn sau khi chế tạo thành công. Các nghiên cứu viên sẽ đánh giá chất lượng từng linh kiện sau khi sản xuất bằng phương pháp đo điện trở mặt trên của chúng. Linh kiện cảm biến sau đó được gắn lên các bảng mạch để đo các chỉ số theo tiêu chí từng ứng dụng.

Hình ảnh trên kính hiển vi thiết kế mạch điện của chip cảm biến sau khi hoàn thiện các khâu, đạt các tiêu chí kỹ thuật để sẵn sàng hoạt động.

TS Trịnh Xuân Thắng, Phó giám đốc phụ trách SHTP-Labs, cho biết nhiều năm qua đơn vị tổ chức các khóa đào tạo vi cơ điện tử, cử nghiên cứu viên ra nước ngoài nhận chuyển giao công nghệ này từ các đối tác quốc tế. Đồng thời, SHTP-Labs thực hiện các nghiên cứu chế tạo cảm biến pH, cảm biến silicon, silicon carbide... ứng dụng vào quan trắc môi trường.

Theo TS Thắng, thời gian tới đơn vị tiếp tục phối hợp đối tác trong nước và quốc tế nghiên cứu các cảm biến kết hợp hệ thống IoT phục vụ phát triển hệ quan trắc môi trường theo chương trình vi mạch được UBND TP HCM phê duyệt cho Khu công nghệ cao. "Chúng tôi đang hoàn thiện đề án trở thành Trung tâm nghiên cứu chuẩn quốc tế để thực hiện các mục tiêu trên", ông Thắng nói.

Theo vnexpress.net