KAIST phát triển chất xúc tác mới giảm khí nhà kính trong ngành bán dẫn

Một chất xúc tác mới đã được phát triển nhằm giảm thiểu khí nhà kính mạnh mẽ được sử dụng trong sản xuất bán dẫn.

Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Choi Min-ki thuộc Khoa Kỹ thuật Hóa sinh, Học viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KAIST), đã công bố vào ngày 3 rằng họ đã phát triển một chất xúc tác mới có khả năng loại bỏ khí nhà kính perfluorocarbon (CF₄) được thải ra trong quy trình vi mạch bán dẫn với hiệu suất cao và duy trì lâu dài, thông qua hợp tác với Samsung Electronics.

CF₄ được sử dụng để tạo ra các mạch vi trên wafer bán dẫn. Trong quá trình sản xuất, một lượng nhỏ CF₄ thường còn lại. Do carbon và fluor kết hợp chặt chẽ, CF₄ rất khó phân hủy. Khi thải ra môi trường, nó có thể tồn tại khoảng 50.000 năm. Ảnh hưởng của nó đến hiện tượng ấm lên toàn cầu lớn hơn 6.000 lần so với carbon dioxide.

CF₄ được phân hủy bằng cách sử dụng một chất xúc tác giúp phản ứng hóa học với hơi nước diễn ra nhanh chóng và dễ dàng ở nhiệt độ cao. Hydro fluoride (HF) được tạo ra trong quá trình phân hủy CF₄ khi kết hợp với độ ẩm sẽ tạo ra môi trường ăn mòn mạnh. Điều này dẫn đến việc các hạt vi của chất xúc tác có thể kết tụ hoặc thay đổi cấu trúc. Do đó, hiệu suất của các chất xúc tác hiện tại giảm dần theo thời gian sử dụng.

Nhóm nghiên cứu đã áp dụng "sức mạnh của sự hỗn loạn". Khi các nguyên tử khác nhau được đưa vào cùng một cấu trúc, mặc dù cách sắp xếp trở nên phức tạp, nhưng chúng không dễ dàng kết tụ hoặc thay đổi cấu trúc. Nhóm nghiên cứu đã trộn đều nhiều kim loại như nhôm (Al), kẽm (Zn), gallium (Ga) trong một cấu trúc tinh thể aluminat. Chất xúc tác mới này không dễ kết tụ hoặc biến dạng ngay cả trong môi trường có nhiệt độ cao, độ ẩm và fluor.

Chất xúc tác mới có tỷ lệ phân hủy CF₄ cao hơn khoảng 2,3 lần so với chất xúc tác hiện tại. Trong thí nghiệm kéo dài 150 giờ ở 800℃, tỷ lệ chuyển đổi CF₄ của chất xúc tác hiện tại giảm từ 93% xuống 48%, trong khi chất xúc tác mới duy trì ở mức cao từ 98% xuống 92%. Nhóm nghiên cứu cho biết dựa trên công nghệ này, việc thay đổi loại và sự kết hợp của kim loại có thể dẫn đến phát triển các chất xúc tác xử lý nhiều loại khí trong quy trình bán dẫn khác nhau.

Giáo sư Choi cho biết: "Nguyên lý rằng sự hỗn loạn trong tự nhiên có thể làm cho cấu trúc trở nên ổn định hơn đã được áp dụng vào thiết kế chất xúc tác, giúp đạt được hiệu suất phân hủy CF₄ cao và độ ổn định lâu dài đồng thời" và "điều này có ý nghĩa trong việc đề xuất một phương pháp thiết kế vật liệu mới có thể mở rộng thành các chất xúc tác xử lý khí trong quy trình bán dẫn khác nhau bằng cách thay đổi loại và sự kết hợp của kim loại".