Heli siêu tinh khiết giúp đảm bảo độ ổn định và chính xác khi khắc chip, trở thành yếu tố không thể thay thế trong ngành bán dẫn, song hiện đang bị gián đoạn nguồn cung do chiến sự Iran.
Kể từ khi chiến sự Iran bắt đầu ngày 28/2 và ảnh hưởng đến hoạt động vận chuyển hàng hóa qua eo biển Hormuz, dầu mỏ trở thành tâm điểm chú ý trên khắp thế giới với những lo ngại về gián đoạn nguồn cung. Tuy nhiên, giới chuyên gia đang cảnh báo về nút thắt cổ chai trong mạng lưới cung ứng toàn cầu của một vật liệu khác – heli.
Người tiêu dùng thường biết đến heli như một loại khí bơm bóng bay trong các bữa tiệc, nhưng vai trò của chất này thực tế lớn hơn nhiều. Đây là nguyên tố không màu, không mùi và nhẹ thứ hai trong vũ trụ, có nhiều ứng dụng cả ở dạng lỏng lẫn khí. Heli góp mặt trong nhiều lĩnh vực như y tế, hàng không vũ trụ, sản xuất sợi quang, hàn, thậm chí sản xuất chip.
Ngành y tế dùng heli để làm mát nam châm siêu dẫn, giúp vận hành máy chụp cộng hưởng từ (MRI). Ngành hàng không vũ trụ dùng heli để làm sạch thùng nhiên liệu tên lửa, một nhu cầu dự kiến ngày càng tăng do tần suất phóng cao của những công ty như SpaceX và Blue Origin.
Với ngành bán dẫn, heli tinh khiết là thành phần thiết yếu để sản xuất chip, giúp duy trì môi trường siêu sạch và siêu lạnh. Trong nhiều khâu, không có giải pháp thay thế nào cho heli. Do đó, nếu thiếu chất này, quá trình sản xuất chip sẽ chậm đáng kể, thậm chí dừng lại, ảnh hưởng đến các nhà sản xuất thiết bị điện tử và phát triển AI.
Minh họa heli – nguyên tố không màu, không mùi và nhẹ thứ hai trong vũ trụ. Ảnh: Gemini
Các nhà sản xuất đặc biệt cần heli trong công đoạn khắc – loại bỏ vật liệu có chọn lọc để tạo nên cấu trúc của chip. Một chip AI tiên tiến có thể chứa hàng chục tỷ bóng bán dẫn, đòi hỏi độ chính xác cực cao.
Mike Corbett, đồng sáng lập công ty tư vấn Linx Consulting (Mỹ), nói với Scientific America: “Việc khắc có thể được thực hiện hàng trăm lần trên mỗi tấm wafer (đĩa silicon dùng để in những mạch điện tử siêu nhỏ). Phải kiểm soát nhiệt độ rất chính xác, không thể khắc tấm wafer này ở 100 độ C, rồi tấm tiếp theo ở 150 độ C, vì cấu trúc khắc sẽ khác nhau tùy theo nhiệt độ”.
Để tản nhiệt và giữ ổn định, các nhà máy thổi heli vào mặt sau wafer. Khả năng dẫn nhiệt tốt giúp heli trở nên đặc biệt hiệu quả, vượt trội so với những loại khí rẻ hơn như argon hay nitơ. “Nếu có lựa chọn chi phí thấp hơn thì họ đã chuyển sang rồi”, Corbett cho biết.
Jong-hwan Lee, giáo sư về thiết bị bán dẫn tại Đại học Sangmyung (Hàn Quốc) cũng đánh giá trong quy trình sản xuất chip hiện nay, không có chất thay thế khả thi nào để làm mát tấm wafer. Heli mang lại hiệu suất tốt, có thể xử lý nhiều tấm wafer mỗi giờ. Trong ngành công nghiệp mà một nhà máy có thể tiêu tốn hàng tỷ USD, hiệu quả kinh tế quyết định vật liệu được chọn.
Ngoài ra, heli còn được sử dụng để tạo môi trường chân không ổn định, cho phép căn chỉnh và chiếu mẫu chính xác khi tiến hành quang khắc. Nhờ khối lượng riêng nhỏ và tính trơ, heli là khí mang (khí dùng để chở mẫu vật) lý tưởng, giúp vận chuyển vật liệu mà không gây nhiễm bẩn. Bên cạnh đó, khả năng ngăn ngừa oxy hóa của heli trong công đoạn khắc cũng góp phần nâng cao chất lượng và hiệu suất tổng thể cho thiết bị bán dẫn.
Khu vực sản xuất khí hóa lỏng (LNG) tại khu phức hợp Ras Laffan ở Qatar. Ảnh: Reuters
Theo DW, dù heli có trong khí quyển, hầu hết heli công nghiệp đến từ các mỏ khí tự nhiên và được tách ra trong quá trình xử lý, đặc biệt là khi sản xuất khí tự nhiên hóa lỏng (LNG). Thực tế, heli là sản phẩm phụ của LNG, vốn mang lại lợi nhuận cao hơn.
Báo cáo của Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS) đầu năm nay ước tính, thế giới có khoảng 31,3 tỷ m3 heli có thể khai thác dưới lòng đất. Trong đó, Mỹ sở hữu 8,49 tỷ m3, Algeria có 8,2 tỷ m3 và Nga có 6,8 tỷ m3. Quốc gia nhỏ bé Qatar sở hữu 10,1 tỷ m3, trữ lượng lớn nhất thế giới, sản xuất hơn 1/3 lượng heli của thế giới năm ngoái.
Sau những cuộc tấn công từ Iran, tập đoàn dầu khí quốc gia QatarEnergy đã ngừng hầu hết hoạt động sản xuất LNG, đồng nghĩa việc sản xuất heli cũng dừng lại. Iran cũng ngăn tàu thuyền rời khỏi Vịnh Ba Tư qua eo biển Hormuz, do đó 1/3 nguồn cung heli toàn cầu đang gián đoạn.
Tình trạng thiếu hụt này xảy ra đúng lúc ngành bán dẫn trở thành nguồn tiêu thụ heli lớn nhất, vượt qua máy chụp MRI. Các nhà sản xuất chip cố gắng dự trữ heli, nhưng chất này vốn khó vận chuyển và bảo quản. “Heli có thể rò rỉ khoảng 0,1-1% mỗi tháng, tùy vào chất lượng gioăng. Nhưng không bao giờ có gioăng hay mối nối nào đủ tốt, heli vẫn sẽ rò rỉ theo thời gian”, Lita Shon-Roy, Chủ tịch kiêm CEO công ty tư vấn vật liệu bán dẫn Techcet, nói với Scientific American.
Nếu xung đột Trung Đông tiếp diễn, chịu ảnh hưởng đầu tiên sẽ là những nơi cần heli từ Qatar như Nhật Bản, Singapore, Hàn Quốc, Đài Loan, vốn có các cơ sở sản xuất chip tiên tiến nhất thế giới.
Tuy nhiên, giới chuyên gia cho rằng khó xảy ra cuộc khủng hoảng heli toàn diện. Theo Jacob Feldgoise, nhà phân tích tại Trung tâm An ninh và Công nghệ mới thuộc Đại học Georgetown, heli chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng chi phí sản xuất chip. “Các nhà máy sẽ sẵn lòng trả giá cao hơn để đảm bảo nguồn cung”, Feldgoise nói với AP.
Phil Kornbluth, đồng sáng lập công ty tư vấn Kornbluth Helium Consulting (Mỹ) cũng cho biết, trong trường hợp thiếu hụt, các nhà cung cấp heli sẽ phân bổ lại nguồn cung dựa trên tầm quan trọng. Ông nói: “Máy chụp MRI có thể nhận đầy đủ số lượng yêu cầu vì đó là ứng dụng y tế, các nhà sản xuất chip cũng thường được phân bổ khá nhiều. Sau đó, như bạn có thể đoán, bóng bay sẽ nhận ít hơn, thậm chí chẳng được gì cả”.
Thu Thảo tổng hợp
Nguồn: https://vnexpress.net/ly-do-heli-khong-the-thay-the-khi-san-xuat-chip-5053464.html
