ÚC – Các nhà nghiên cứu tại đại học Adelaide (Adelaide university) đã phát triển một phương thức mới nhằm quan sát những diễn biến bên trong chip điện tử khi chúng đang hoạt động, mà không cần tiếp xúc vật lý, tháo rời hay ngắt nguồn thiết bị.
Kỹ thuật mới này sử dụng sóng terahertz (1), một dạng bức xạ điện từ an toàn và không ion hóa (2), để phát hiện các chuyển động cực nhỏ của điện tích bên trong các thiết bị bán dẫn có vỏ bọc hoàn chỉnh. Điều này cho phép các nhà khoa học và kỹ sư giám sát các linh kiện điện tử khi chúng đang hoạt động trong môi trường thực tế. (1) Terahertz (THz): là một dải sóng điện từ nằm trong dải tần số từ 0,1 đến 10 THz, giữa sóng vô tuyến và ánh sáng hồng ngoại. Với 1 THz bằng 1012 Hz, trong khi đó con người có thể nghe được âm thanh có tần số trong khoảng 20 – 20.000 Hz. (2) Bức xạ ion hóa: là bức xạ có năng lượng đủ lớn để làm thay đổi cấu trúc nguyên tử, cụ thể là đánh bật electron ra khỏi nguyên tử hoặc phân tử, tạo thành các ion (hạt mang điện).
Giáo sư Withawat Withayachumnankul, Trưởng nhóm phòng thí nghiệm kỹ thuật Terahertz (TEL – Terahertz engineering laboratory) tại đại học Adelaide, cho biết chất bán dẫn là nền tảng của các công nghệ hiện đại, từ điện thoại thông minh, thiết bị y tế đến các loại xe, lưới điện và các hệ thống phòng thủ.
Giáo sư Withayachumnankul chia sẻ: “Tuy nhiên, một khi chip đã được niêm phong bên trong lớp vỏ bảo vệ, việc xác định những gì đang xảy ra bên trong trở nên vô cùng khó khăn. Hầu hết các phương pháp kiểm tra hiện nay đều yêu cầu đầu dò điện vật lý, chip phải để trần hoặc thiết bị phải được tắt nguồn, khiến chúng không khả thi trong nhiều tình huống. Nghiên cứu này là bước đi đầu tiên hướng tới việc giải quyết một vấn đề tồn đọng từ lâu trong ngành điện tử. Giờ đây, đã có thể quan sát hoạt động điện bên trong một thiết bị bán dẫn đang vận hành từ bên ngoài mà không làm hỏng hay gián đoạn quá trình hoạt động của nó”.
Nghiên cứu chứng minh rằng sóng terahertz có khả năng phát hiện không xâm lấn các thay đổi của dòng điện bên trong các linh kiện điện tử phổ biến như diode và transistor. Phương pháp này đủ nhạy để nhận diện những biến đổi xảy ra tại các vị trí có kích thước nhỏ hơn nhiều so với bước sóng terahertz, một điều không thể thực hiện trước đây, do các giới hạn về nhiễu cơ bản.
Để đạt được kết quả này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một hệ thống phát hiện siêu nhạy sử dụng bộ thu vuông pha đồng pha (homodyne quadrature receiver) (*) chuyên dụng, có thể thu nhận những thay đổi cực nhỏ trong tín hiệu terahertz. (*) Homodyne receiver (bộ thu đồng pha): là một kỹ thuật thu tín hiệu trong đó thiết bị sử dụng một nguồn tham chiếu có cùng tần số với tín hiệu cần đo (ở đây là sóng terahertz). – Quadrature (phân cực vuông pha): chỉ việc hệ thống không chỉ đo biên độ (độ mạnh/yếu) mà còn đo được cả pha (vị trí của bước sóng tại một thời điểm) của tín hiệu terahertz.
Giáo sư Withayachumnankul nói rằng: “Cách tiếp cận này cho phép hệ thống triệt tiêu nhiễu nền và tách biệt các tín hiệu yếu do hoạt động điện tạo ra bên trong thiết bị. Kết quả, cho phép quan sát trực tiếp trạng thái hoạt động của các linh kiện điện tử theo thời gian thực, ngay cả khi vùng hoạt động nằm sâu bên trong lớp vỏ kín của thiết bị”.
Các nhà nghiên cứu khẳng định rằng những tín hiệu họ quan sát được xuất phát từ chuyển động điện thực tế, chứ không phải do nhiệt hay nhiễu điện tử. Kỹ thuật này đã được chứng minh là hiệu quả trên nhiều loại linh kiện bán dẫn thông dụng, cho thấy sự ổn định và khả năng ứng dụng rộng rãi của nó.
Hình ảnh được tạo bởi công nghệ trí tuệ nhân tạo, minh họa cách thức hoạt động của kỹ thuật mới sử dụng sóng terahertz
Giáo sư Withayachumnankul nói tiếp: “Vì bức xạ terahertz không gây ion hóa và an toàn, kỹ thuật này mang lại một giải pháp thay thế an toàn hơn so với các phương pháp kiểm tra dựa trên tia X hoặc thăm dò xâm lấn. Điều này khiến kỹ thuật sử dụng sóng terahertz trở nên đặc biệt hấp dẫn đối với các ứng dụng quan trọng về an toàn, như điện tử công suất cao, nơi các thiết bị không thể dễ dàng ngắt kết nối để kiểm tra”.
Tiến sĩ Chitchanok Chuengsatiansup từ đại học Potsdam (University of potsdam), trưởng nhóm nghiên cứu của dự án, cho biết kỹ thuật này còn được sử dụng để đánh giá hoạt động điện tử từ xa và không xâm lấn nhằm xác minh tính toàn vẹn của phần cứng thiết yếu, phát hiện các linh kiện bị lỗi và giám sát các hệ thống có khả năng tiếp cận vật lý bị hạn chế hoặc không mong muốn.
Tiến sĩ Chuengsatiansup chia sẻ: “Nghiên cứu này mở ra cánh cửa cho các thiết bị điện tử thông minh hơn với khả năng tự chẩn đoán, tạo ra những phương thức mới để giám sát các mạch tích hợp phức tạp và thúc đẩy quá trình phát triển nhanh hơn cho các thế hệ chip tiếp theo”.
Để xem các tin bài khác về “Terahertz”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
