Bán dẫn kim cương tiến gần ứng dụng thực tế, mở ra triển vọng cho 6G và liên lạc vệ tinh

Tháng 12.2025, nhóm nghiên cứu gồm Đại học Saga và Cơ quan Thám hiểm Vũ trụ Nhật Bản JAXA cho biết họ đã phát triển thành công một thiết bị bán dẫn tần số cao sử dụng kim cương, được xem là vật liệu bán dẫn thế hệ mới. Thiết bị này đã được xác nhận có thể khuếch đại tín hiệu ở tần số lên đến 120 GHz, mức được đánh giá là cao nhất thế giới ở thời điểm hiện tại đối với loại bán dẫn này.

Sản phẩm bán dẫn kim cương với phương pháp liên kết dây dẫn-Ảnh: Đại học Saga

Kim cương từ lâu đã được biết đến với độ cứng vượt trội, khả năng chịu nhiệt cao và đặc tính dẫn điện đặc biệt khi được xử lý phù hợp. Những đặc điểm này giúp bán dẫn kim cương có lợi thế rõ rệt trong các ứng dụng đòi hỏi tần số cao và công suất lớn, nơi các vật liệu bán dẫn truyền thống như silicon ngày càng bộc lộ giới hạn.

Theo Giáo sư Makoto Kakazu, Trưởng nhóm nghiên cứu của Đại học Saga và cũng là Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Bán dẫn Kim cương thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật, việc đạt được hoạt động ổn định ở tần số 120 GHz là một cột mốc quan trọng. Ông cho biết thiết bị có thể được ứng dụng trong cả dải tần vi sóng từ 3 đến 30 GHz và dải tần sóng milimét từ 30 đến 300 GHz, là những dải tần then chốt cho các hệ thống thông tin liên lạc trong tương lai.

Nhờ khả năng này, bán dẫn kim cương được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong các trạm gốc của mạng di động thế hệ thứ sáu 6G, cũng như trong các hệ thống thông tin liên lạc vệ tinh. Đây là những lĩnh vực yêu cầu thiết bị vừa hoạt động ở tần số rất cao, vừa phải đảm bảo độ ổn định và độ bền trong thời gian dài.

Hiện nay, trong một số ứng dụng ở dải tần cao, các linh kiện dựa trên bóng chân không vẫn còn được sử dụng do đáp ứng tốt về công suất và tần số. Tuy nhiên, các thiết bị này thường cồng kềnh, tiêu thụ nhiều năng lượng và có tuổi thọ hạn chế. Nếu bán dẫn kim cương có thể thay thế bóng chân không, các hệ thống thông tin liên lạc được kỳ vọng sẽ trở nên gọn nhẹ hơn, đáng tin cậy hơn và có tuổi thọ cao hơn.

Cùng với kết quả nghiên cứu, Diamond Semiconductor, một công ty khởi nghiệp tách ra từ Đại học Saga và đặt trụ sở tại thành phố Saga, dự kiến sẽ bắt đầu sản xuất và cung cấp các sản phẩm mẫu từ tháng 1 năm 2026. Đây được xem là lô sản phẩm thương mại đầu tiên trên thế giới của thiết bị bán dẫn kim cương tần số cao, đánh dấu bước chuyển quan trọng từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng thực tế.

Giới chuyên môn nhận định, nếu quá trình thương mại hóa diễn ra thuận lợi, bán dẫn kim cương có thể trở thành nền tảng công nghệ mới cho hạ tầng viễn thông trong những thập kỷ tới, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu truyền dữ liệu tốc độ cao và ổn định ngày càng tăng.

Nguyễn Tuyết