Từ máy tính lượng tử, bán dẫn thế hệ mới cho đến hàng không vũ trụ, các hệ thống cryogenic (nhiệt độ siêu thấp) đang đóng vai trò then chốt trong việc mở ra những khả năng công nghệ chưa từng có. Khi nhiệt độ tiến gần tới độ không tuyệt đối, các vật liệu và linh kiện điện tử thể hiện những đặc tính hoàn toàn khác biệt so với điều kiện thông thường, cho phép con người khai thác các hiện tượng vật lý tiên tiến như siêu dẫn và ổn định lượng tử.
Trong bối cảnh đó, FormFactor – nhà cung cấp hàng đầu thế giới về probe station và nền tảng đo kiểm cryogenic đang giúp các kỹ sư và nhà nghiên cứu đẩy xa hơn giới hạn của công nghệ hiện đại bằng các giải pháp ổn định, chính xác và có khả năng mở rộng cao.
Cryogenic là gì và vì sao lại quan trọng?
Các hệ thống cryogenic vận hành ở mức nhiệt độ dưới -150°C, thậm chí xuống tới vài Kelvin (K), rất gần với độ không tuyệt đối. Ở những mức nhiệt này, nhiều vật liệu bộc lộ các tính chất đặc biệt, điển hình là vật liệu siêu dẫn, cho phép dòng điện chạy qua mà gần như không có điện trở.
Tuy nhiên, đạt được và duy trì môi trường cryogenic không chỉ là vấn đề “làm lạnh”. Độ ổn định nhiệt, rung động cực thấp và nhiễu tín hiệu tối thiểu là những yếu tố sống còn. Chỉ một dao động nhiệt nhỏ hoặc rung cơ học cũng có thể làm sai lệch kết quả đo, đặc biệt trong các ứng dụng như đo qubit hay thiết bị bán dẫn siêu nhạy.
Ứng dụng của cryogenic trong các ngành công nghệ mũi nhọn
Máy tính lượng tử và thiết bị siêu dẫn
Máy tính lượng tử yêu cầu môi trường cryogenic để giữ qubit ổn định và duy trì trạng thái chồng chập. Nhiệt độ cao sẽ nhanh chóng phá vỡ sự ổn định này, khiến hệ thống mất khả năng tính toán chính xác.
Các cryogenic probe station của FormFactor cung cấp môi trường siêu ổn định để đo kiểm qubit, mạch siêu dẫn và linh kiện lượng tử, giúp các nhóm R&D đánh giá chính xác hiệu năng thiết bị ngay từ giai đoạn nghiên cứu.
Đo kiểm linh kiện bán dẫn thế hệ mới
Khi kích thước transistor ngày càng nhỏ và yêu cầu hiệu năng ngày càng cao, việc đo kiểm linh kiện bán dẫn ở điều kiện cryogenic trở nên cần thiết. Cryogenic wafer probing cho phép kỹ sư phân tích hành vi của transistor và vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt, phục vụ các lĩnh vực như quantum computing, quantum sensing và high-performance computing (HPC).
FormFactor cung cấp các hệ thống cryogenic wafer prober có độ chính xác cực cao, giúp đảm bảo thiết bị bán dẫn thế hệ mới hoạt động đúng thiết kế ngay cả trong môi trường nhiệt độ siêu thấp.
Hàng không vũ trụ và công nghệ không gian sâu (Deep Space)
Không gian tự nhiên là một môi trường cryogenic. Do đó, các linh kiện dùng cho vệ tinh và tàu vũ trụ cần được thử nghiệm trong điều kiện nhiệt độ cực thấp trước khi phóng. Cryogenic testing giúp đảm bảo linh kiện có thể vận hành ổn định trong môi trường thực tế ngoài không gian.
Ba thách thức lớn nhất trong đo kiểm cryogenic và cách FormFactor giải quyết
Mở rộng quy mô cho tương lai
Để các công nghệ như máy tính lượng tử có thể thương mại hóa, chúng cần được đo kiểm với quy mô lớn tương tự ngành bán dẫn truyền thống. Điều này đòi hỏi các hệ thống cryogenic không chỉ chính xác mà còn lặp lại được và có khả năng đo kiểm số lượng lớn.
FormFactor phát triển các giải pháp cryogenic dạng modular, kết hợp wafer probing, đo tự động và thu thập tín hiệu nhiễu thấp, tạo nền tảng cho đo kiểm quy mô lớn, giúp chuyển dịch từ nghiên cứu phòng thí nghiệm sang sản xuất và ứng dụng thực tế.
Duy trì nhiệt độ ổn định và hạn chế rung động
Ở mức nhiệt dưới 10K, rung động cơ học hoặc dao động nhiệt nhỏ cũng có thể làm sai lệch phép đo. Các giải pháp cryogenic của FormFactor được thiết kế với cách ly rung động chủ động và điều khiển nhiệt độ chính xác, đảm bảo môi trường đo ổn định trong thời gian dài.
Điều này đặc biệt quan trọng với qubit và mạch siêu dẫn, nơi độ ổn định quyết định trực tiếp đến độ tin cậy của kết quả.
Giảm nhiễu và tối ưu kết nối tín hiệu
Một thách thức lớn khác là làm sao đưa hàng trăm hoặc hàng nghìn tín hiệu RF vào hệ thống cryogenic mà không gây tăng tải nhiệt hay suy giảm chất lượng tín hiệu. Cáp truyền thống thường cồng kềnh, gây tổn hao và giới hạn khả năng mở rộng.
FormFactor đã hợp tác với Delft Circuits để tích hợp công nghệ Cri/oFlex® – mạch RF siêu dẫn dạng flex, cho phép mật độ kết nối cao, tải nhiệt thấp và độ toàn vẹn tín hiệu vượt trội. Đây là bước tiến quan trọng để mở rộng quy mô đo kiểm lượng tử trong tương lai.
Tương lai của cryogenic và vai trò của FormFactor
Cryogenic đang trở thành nền tảng không thể thiếu trong các lĩnh vực lượng tử, bán dẫn tiên tiến và hàng không vũ trụ. Với sự phát triển của làm lạnh chu trình kín, mạch siêu dẫn và hệ thống đo siêu chính xác, công nghệ cryogenic sẽ tiếp tục định hình làn sóng đổi mới tiếp theo.
FormFactor tự hào là đơn vị tiên phong trong lĩnh vực này, cung cấp các nền tảng cryogenic ổn định, chính xác và có khả năng mở rộng, giúp kỹ sư và nhà nghiên cứu khám phá những giới hạn mới của công nghệ.
ASIC Technologies là đối tác phân phối và tư vấn giải pháp FormFactor tại Việt Nam, sẵn sàng hỗ trợ doanh nghiệp, viện nghiên cứu và trường đại học tiếp cận các giải pháp cryogenic tiên tiến nhất phục vụ nghiên cứu và phát triển công nghệ tương lai.
