Lễ công bố và ký kết các nhiệm vụ hợp tác nghiên cứu bán dẫn Việt Nam - Nhật Bản ngày 22/7/2026. Nhóm Trường Đại học Sư phạm Hà Nội do PGS.TS. Nguyễn Thị Thúy chủ nhiệm phía Việt Nam tham gia một nhiệm vụ về vi mạch CFET.

Trong một vi mạch, việc đưa ngày càng nhiều transistor vào diện tích ngày càng nhỏ là một trong những con đường để tăng mật độ xử lý. Khi giới hạn thu nhỏ theo mặt phẳng trở nên khó khăn hơn, các cấu trúc xếp chồng theo chiều dọc được nghiên cứu như một cách tiếp tục tăng mật độ linh kiện mà không chỉ phụ thuộc vào việc thu nhỏ kích thước theo hai chiều.

Đó là bài toán mà PGS.TS. Nguyễn Thị Thúy, Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, đang cùng các cộng sự Việt Nam và Nhật Bản theo đuổi trong nhiệm vụ nghiên cứu về vi mạch tích hợp ba chiều CFET sử dụng transistor màng mỏng silicon. Tháng 7/2026, nhiệm vụ được lựa chọn trong chương trình hợp tác nghiên cứu bán dẫn Việt Nam - Nhật Bản, với PGS.TS. Nguyễn Thị Thúy làm chủ nhiệm phía Việt Nam và GS. Shin-Ichiro Kuroki, Đại học Hiroshima, phụ trách phía Nhật Bản.

Từ màng silicon đến transistor

PGS.TS. Nguyễn Thị Thúy, giảng viên cao cấp Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.

Hướng nghiên cứu hiện tại không xuất hiện đột ngột cùng chương trình hợp tác năm 2026. Sau khi hoàn thành tiến sĩ tại Đại học Hiroshima, PGS.TS. Nguyễn Thị Thúy trở về Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội và tiếp tục nghiên cứu vật liệu màng mỏng bán dẫn, transistor màng mỏng và công nghệ sử dụng laser để kiểm soát quá trình kết tinh silicon.

Với màng silicon đa tinh thể, cấu trúc và cách sắp xếp của các hạt tinh thể ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng vận chuyển hạt tải điện. Những ranh giới giữa các hạt có thể cản trở chuyển động của điện tử, khiến đặc tính của transistor không đồng đều. Vì thế, việc tạo được màng có chất lượng tinh thể tốt và kiểm soát định hướng của chúng là một bước quan trọng trước khi nghĩ đến linh kiện có hiệu suất cao.

Trong một đề tài do Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia tài trợ trước đây, PGS.TS. Nguyễn Thị Thúy đã chủ trì nghiên cứu điều khiển định hướng tinh thể của màng poly-Si bằng phương pháp kết tinh sử dụng laser. Công việc này nhằm cải thiện độ đồng đều của transistor màng mỏng, tiếp nối hướng nghiên cứu chị từng thực hiện tại Đại học Hiroshima.

Laser có vai trò đặc biệt trong bài toán này vì năng lượng có thể được đưa tập trung vào lớp vật liệu mỏng trong thời gian ngắn. Thay vì phải nung nóng toàn bộ cấu trúc ở nhiệt độ cao, quá trình kết tinh có thể được kiểm soát cục bộ. Đây là một lợi thế khi các lớp vật liệu và linh kiện phải được hình thành trên những cấu trúc vốn không chịu được nhiệt độ xử lý quá lớn.

Tháng 3/2026, tại hội thảo công nghệ bán dẫn do Trường Đại học Sư phạm Hà Nội phối hợp với Đại học Hiroshima tổ chức, PGS.TS. Nguyễn Thị Thúy trình bày hướng kiểm soát tăng trưởng tinh thể của màng silicon cho transistor hiệu suất cao. Vài tháng sau, hướng nghiên cứu này trở thành một phần trong nhiệm vụ hợp tác mới về CFET.

Xếp các transistor theo chiều dọc

Toàn cảnh lễ công bố và ký kết hợp đồng tài trợ 5 nhiệm vụ hợp tác nghiên cứu Việt Nam – Nhật Bản trong lĩnh vực bán dẫn ngày 22/7/2026 tại Hà Nội.

CFET, viết tắt của Complementary Field-Effect Transistor, là một kiến trúc trong đó các transistor loại n và loại p có thể được bố trí chồng theo chiều dọc thay vì đặt cạnh nhau hoàn toàn trên cùng một mặt phẳng. Về nguyên lý, cách tổ chức này giúp giảm phần diện tích mà cặp transistor chiếm trên chip, từ đó mở thêm khả năng tăng mật độ linh kiện.

Nhưng chuyển từ ý tưởng xếp chồng sang một cấu trúc hoạt động được đòi hỏi nhiều công đoạn. Mỗi lớp transistor phải đáp ứng yêu cầu về chất lượng vật liệu, kích thước, tiếp xúc điện, khả năng vận chuyển điện tích và sự tương thích với các lớp đã được chế tạo trước đó. Đặc biệt, nhiệt độ xử lý ở các bước phía trên phải được kiểm soát để không làm hỏng những linh kiện đã hình thành bên dưới.

Trong chương trình hợp tác với Đại học Hiroshima, phía Nhật Bản tập trung vào các transistor màng mỏng hiệu suất cao, thu nhỏ linh kiện và cấu trúc xếp chồng ba chiều. Nhóm Việt Nam tập trung vào màng silicon đa tinh thể được kết tinh bằng laser với mục tiêu nâng cao khả năng kiểm soát chất lượng tinh thể. Hai phần việc được thiết kế để gặp nhau ở mục tiêu chung là xây dựng những công nghệ nền tảng cho cấu trúc TFT-CFET.

Cách phân công này cũng cho thấy vai trò của PGS.TS. Nguyễn Thị Thúy không phải là đứng tên trong một dự án bán dẫn rộng rồi khai thác toàn bộ các khâu. Phần chuyên môn mà nhóm của chị đảm nhận gắn trực tiếp với hướng nghiên cứu đã được tích lũy nhiều năm về silicon màng mỏng và kết tinh bằng laser.

Đây cũng là điểm cần phân biệt khi nói về khả năng “làm chủ công nghệ”. Nhiệm vụ mới bắt đầu triển khai và còn ở giai đoạn nghiên cứu. Chưa có căn cứ để nói nhóm đã chế tạo thành công một chip CFET hoàn chỉnh hoặc công nghệ đã sẵn sàng để sản xuất công nghiệp. Mục tiêu hiện nay là phát triển các công nghệ nền tảng từ vật liệu, quy trình đến linh kiện, đồng thời kiểm chứng chúng thông qua hợp tác giữa hai nhóm nghiên cứu.

Một đường nghiên cứu nối Hà Nội với Hiroshima

Mối liên hệ giữa PGS.TS. Nguyễn Thị Thúy và Đại học Hiroshima đã được hình thành từ trước dự án hiện tại. Chị học tiến sĩ tại đây trong giai đoạn 2015-2018, sau đó trở lại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội và tiếp tục hợp tác nghiên cứu với phía Nhật Bản. Hồ sơ chuyên môn của Khoa Vật lí cho thấy các hướng chị theo đuổi tập trung vào vật liệu màng mỏng poly-Si, transistor màng mỏng và vật liệu điện tử.

Việc duy trì cùng một câu hỏi nghiên cứu trong nhiều năm tạo ra một nền tảng khác với cách tham gia một lĩnh vực chỉ vì bán dẫn đang trở thành chủ đề được quan tâm. Từ các nghiên cứu về cấu trúc màng silicon, quá trình kết tinh và transistor, nhóm hiện tiến thêm một bước sang bài toán tích hợp ba chiều.

Hợp tác mới còn có một phần khác không nằm trực tiếp trong cấu trúc của con chip. Chương trình đặt mục tiêu để các nhà nghiên cứu trẻ tham gia thiết kế linh kiện và mạch, quy trình chế tạo cũng như các phương pháp đo trong công nghệ bán dẫn. Điều này có ý nghĩa với một nhóm nghiên cứu đặt tại trường đại học, nơi kết quả khoa học và đào tạo nhân lực có thể diễn ra đồng thời.

Năm 2026, Việt Nam và Nhật Bản lựa chọn năm nhiệm vụ hợp tác trong lĩnh vực bán dẫn, trải từ vật liệu, transistor, vi mạch ba chiều đến chip trí tuệ nhân tạo và linh kiện điện tử công suất. Nhiệm vụ do PGS.TS. Nguyễn Thị Thúy chủ trì phía Việt Nam là một trong số đó, nhưng mục tiêu cụ thể nằm ở CFET sử dụng transistor màng mỏng silicon chứ không đại diện cho toàn bộ chương trình bán dẫn.

Khoảng cách từ một màng silicon được kiểm soát tốt trong phòng thí nghiệm đến một vi mạch có thể sản xuất hàng loạt còn dài. Chất lượng vật liệu mới chỉ là một phần của chuỗi công nghệ gồm thiết kế, chế tạo, đóng gói, đo kiểm và tích hợp. Chính vì vậy, giá trị của công việc hiện tại nằm ở việc nhóm nghiên cứu chọn một mắt xích cụ thể để đi sâu, thay vì mở rộng tuyên bố ra toàn bộ bài toán chip.

Với PGS.TS. Nguyễn Thị Thúy, mắt xích ấy vẫn bắt đầu từ vật liệu mà chị đã theo đuổi nhiều năm. Màng silicon, laser và transistor tiếp tục được đặt vào một cấu trúc khó hơn, nơi các linh kiện không chỉ nằm cạnh nhau mà phải hoạt động khi được tích hợp theo chiều dọc.