PGS.TS. Đoàn Thị Thái Yên trong hoạt động nghiên cứu tại Đại học Bách khoa Hà Nội. Bà theo đuổi các hướng nghiên cứu về xử lý nước, công nghệ môi trường và vật liệu xanh. Ảnh: Đại học Bách khoa Hà Nội.

Khi nước cũng trở thành một phần của bài toán làm chip

Nhắc đến sản xuất chip, những hình ảnh thường được nghĩ tới là tấm wafer silicon, phòng sạch hay các thiết bị chế tạo có độ chính xác rất cao. Nhưng trong nhiều công đoạn xử lý wafer còn có một vật liệu khác được sử dụng thường xuyên là nước. Đó không phải nước sạch theo nghĩa thông thường mà là nước siêu tinh khiết, được xử lý để loại bỏ các chất ô nhiễm xuống mức rất thấp.

PGS.TS. Đoàn Thị Thái Yên, Khoa Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Hóa và Khoa học Sự sống, Đại học Bách khoa Hà Nội cùng bốn cộng sự đã dành một công trình công bố năm 2026 để xem xét bài toán này. Thay vì chế tạo một hệ thống xử lý nước mới, nhóm tổng hợp và phân tích những tiến bộ gần đây của công nghệ màng, những hạn chế của các phương pháp đang được sử dụng và các hướng có thể phát triển để sản xuất nước siêu tinh khiết cho ngành bán dẫn.

Nước siêu tinh khiết được sử dụng trong nhiều bước của quá trình chế tạo, từ làm sạch wafer, khắc ướt đến rửa sau một số công đoạn xử lý. Khi kích thước các cấu trúc trên chip tiếp tục thu nhỏ, yêu cầu về chất lượng nước cũng trở nên nghiêm ngặt hơn. Những ion kim loại ở hàm lượng rất thấp, các hạt có kích thước nano hay phần hữu cơ còn sót lại đều là những thành phần cần được kiểm soát.

Điều đó khiến xử lý nước không còn đơn thuần là loại bỏ những chất bẩn có thể nhìn thấy hoặc những ion phổ biến. Hệ thống phải tiếp tục xử lý khi nước đã đạt mức tinh khiết rất cao, đồng thời duy trì chất lượng ổn định trong quá trình sản xuất.

PGS.TS. Đoàn Thị Thái Yên trong phòng thí nghiệm. Xử lý nước và công nghệ môi trường là những hướng nghiên cứu bà theo đuổi trong nhiều năm. Ảnh: Đại học Bách khoa Hà Nội.

Từ thẩm thấu ngược đến những công nghệ màng mới

Các hệ thống sản xuất nước siêu tinh khiết hiện nay thường không dựa vào một công nghệ duy nhất. Nước có thể lần lượt trải qua tiền xử lý, hấp phụ bằng than hoạt tính, trao đổi ion, thẩm thấu ngược và xử lý bằng tia cực tím. Mỗi công đoạn giải quyết một nhóm tạp chất khác nhau trước khi nước đạt yêu cầu của quá trình sản xuất.

Trong công trình năm 2026, nhóm tác giả tập trung vào ba hướng công nghệ màng gồm thẩm thấu ngược, chưng cất màng và khử ion điện dung màng. Đây là những hướng đang nhận được sự quan tâm trong nghiên cứu về nước có độ tinh khiết cao.

Thẩm thấu ngược đã được sử dụng rộng rãi để loại bỏ các chất hòa tan. Tuy nhiên, khi nguồn nước đầu vào ngày càng phức tạp, một số hợp chất hữu cơ có kích thước phân tử nhỏ vẫn đặt ra thách thức. Việc vận hành hệ thống cũng tiêu thụ năng lượng và hóa chất, trong khi quá trình xử lý tạo ra dòng nước cô đặc cần tiếp tục được quản lý.

Chưng cất màng tiếp cận vấn đề theo cách khác. Một màng kỵ nước cho phép hơi nước đi qua nhưng giữ lại phần lớn các chất không bay hơi. Công nghệ này có khả năng tận dụng nguồn nhiệt ở nhiệt độ tương đối thấp, song vẫn đối mặt với các vấn đề như tiêu thụ năng lượng, hiện tượng ướt màng và suy giảm hiệu quả trong quá trình vận hành.

Khử ion điện dung màng sử dụng điện trường để đưa các ion ra khỏi nước và giữ chúng trên điện cực. Khả năng vận hành theo mô-đun và thu hồi ion khiến công nghệ này được quan tâm, nhưng hiệu quả phụ thuộc vào vật liệu điện cực, đặc tính của nguồn nước và cách kiểm soát hệ thống.

Công trình không kết luận một công nghệ riêng lẻ có thể thay thế toàn bộ dây chuyền hiện nay. Hướng được các tác giả chú ý nhiều hơn là kết hợp các phương pháp, để ưu điểm của một công đoạn có thể xử lý phần mà công đoạn khác còn hạn chế.

Làm sạch nước nhưng cũng phải tính đến nước thải và năng lượng

Yêu cầu về độ tinh khiết chỉ là một nửa của bài toán. Ngành bán dẫn cần lượng nước lớn cho nhiều công đoạn sản xuất, trong khi xử lý nước đến mức rất cao cũng tiêu tốn năng lượng và tạo ra các dòng thải cần được xử lý.

Đây là lý do nghiên cứu của PGS.TS. Đoàn Thị Thái Yên và các cộng sự không dừng ở khả năng loại bỏ tạp chất. Nhóm đặt các công nghệ màng trong câu hỏi rộng hơn về hiệu quả sử dụng tài nguyên và khả năng phát triển hệ thống tuần hoàn.

Một hướng được phân tích là kết hợp công nghệ màng với các quá trình oxy hóa nâng cao. Màng có khả năng tách nhiều ion và hạt khỏi nước nhưng một số hợp chất hữu cơ khó phân hủy vẫn có thể trở thành trở ngại. Các quá trình oxy hóa có thể hỗ trợ phân hủy những thành phần này trước hoặc trong chuỗi xử lý.

Nhóm tác giả cũng xem xét khả năng kết hợp nguồn năng lượng tái tạo với hệ thống xử lý nước. Đây mới là hướng phát triển được thảo luận từ các kết quả nghiên cứu hiện có, không phải một dây chuyền năng lượng xanh đã được nhóm xây dựng và vận hành cho nhà máy bán dẫn.

Cách phân biệt này đặc biệt quan trọng với một công trình tổng quan. Giá trị của nghiên cứu nằm ở việc tập hợp bằng chứng, so sánh các hướng công nghệ và chỉ ra những khoảng trống còn phải giải quyết. Nó không cung cấp kết quả của một hệ thống nước siêu tinh khiết được nhóm trực tiếp chế tạo và thử nghiệm tại nhà máy.

AI xuất hiện ở khâu điều khiển nước

Trí tuệ nhân tạo cũng được nhóm tác giả đưa vào bức tranh công nghệ, nhưng không phải để thay thế các màng lọc. Vai trò được thảo luận nằm ở khả năng theo dõi và tối ưu quá trình xử lý.

Một hệ thống sản xuất nước siêu tinh khiết phải theo dõi nhiều thông số và phản ứng trước những thay đổi của nguồn nước, tình trạng màng hay điều kiện vận hành. Các mô hình dựa trên dữ liệu có thể hỗ trợ dự báo hiện tượng bám bẩn màng, điều chỉnh thông số vận hành và phát hiện bất thường.

Tuy vậy, việc đưa AI vào hệ thống xử lý nước cũng tạo thêm những yêu cầu mới. Dữ liệu phải đủ tốt để mô hình học được những quan hệ có ý nghĩa; cảm biến phải hoạt động ổn định và các quyết định tự động cần được kiểm soát. Công trình năm 2026 vì thế xem AI như một thành phần có thể hỗ trợ những hệ thống tích hợp trong tương lai, thay vì một lời giải đã hoàn chỉnh.

PGS.TS. Đoàn Thị Thái Yên, Khoa Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Hóa và Khoa học Sự sống, Đại học Bách khoa Hà Nội. Ảnh: Đại học Bách khoa Hà Nội.

Một hướng nghiên cứu nối bán dẫn với công nghệ môi trường

Công trình về nước siêu tinh khiết có năm tác giả. Trong phân công đóng góp được công bố cùng bài báo, PGS.TS. Đoàn Thị Thái Yên tham gia xử lý dữ liệu và viết bản thảo. Vì vậy, những phân tích và nhận định trong nghiên cứu là sản phẩm của nhóm tác giả, không phải kết quả riêng của một cá nhân.

Với PGS.TS. Đoàn Thị Thái Yên, bài báo cũng mở rộng một hướng nghiên cứu đã được bà theo đuổi nhiều năm trong lĩnh vực công nghệ môi trường. Hồ sơ khoa học hiện nay của bà tập trung vào các giải pháp dựa vào tự nhiên trong xử lý nước, công nghệ vi tảo, vật liệu xanh từ sinh khối và quan trắc môi trường. Trong đó, xử lý nước và phát triển những công nghệ giảm tác động môi trường là một mạch nghiên cứu xuyên suốt.

Công trình công bố tháng 4/2026 đưa mạch nghiên cứu ấy đến một lĩnh vực có yêu cầu đặc biệt cao về chất lượng nước. Nó cũng cho thấy một khía cạnh ít được nhắc đến khi nói về công nghiệp bán dẫn. Đằng sau những dây chuyền tạo ra các cấu trúc có kích thước ngày càng nhỏ không chỉ là câu chuyện vật liệu, thiết bị và thiết kế chip mà còn có bài toán môi trường về nước, năng lượng và dòng thải.

Nghiên cứu tổng quan chưa đưa ra một công nghệ duy nhất để giải quyết toàn bộ những vấn đề đó. Thay vào đó, các tác giả hướng đến một hệ thống trong đó công nghệ màng, các quá trình xử lý bổ sung, nguồn năng lượng bền vững và công cụ điều khiển dựa trên dữ liệu có thể hỗ trợ lẫn nhau.

Khi yêu cầu đối với chip ngày càng khắt khe, yêu cầu đối với nước dùng để làm ra chúng cũng thay đổi theo. Với các nhà khoa học môi trường, đó là một bài toán nằm phía sau ngành bán dẫn nhưng ngày càng khó có thể tách khỏi câu chuyện phát triển công nghệ này.