Công nghiệp bán dẫn và bài toán làm chủ công nghệ hóa học

Ngành công nghiệp bán dẫn đang trở thành “huyết mạch” của nền kinh tế số, khi chip điện tử hiện diện trong hầu hết các thiết bị, từ điện thoại, ô tô đến các hệ thống công nghệ cao. Đằng sau mỗi con chip là một chuỗi công nghệ phức tạp, trong đó vật liệu và quy trình hóa học giữ vai trò nền tảng, quyết định chất lượng và độ chính xác của sản phẩm.

Trong bối cảnh các thế hệ chip ngày càng thu nhỏ, yêu cầu về độ tinh khiết vật liệu và công nghệ chế tạo ngày càng tinh vi với độ chính xác cực cao, hóa chất vừa đóng vai trò hỗ trợ, vừa trở thành yếu tố không thể thiếu trong chuỗi giá trị bán dẫn.

Để làm rõ hơn vấn đề này, phóng viên Báo Công Thương đã có cuộc trao đổi với chuyên gia hóa chất Đỗ Thanh Bái - Giám đốc Trung tâm Bảo vệ môi trường và an toàn hóa chất (Hội Hóa học Việt Nam) về vai trò của ngành hóa học, vị thế của Việt Nam cũng như những “nút thắt” khi tham gia vào lĩnh vực chip tiên tiến.

Hóa chất giữ vai trò cốt lõi trong sản xuất chip

- Thưa ông, khi ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu đang phát triển rất nhanh với các thế hệ chip tiên tiến, xu hướng này đang đặt ra những yêu cầu gì mới đối với ngành hóa chất?

Ông Đỗ Thanh Bái: Hiện nay, vật liệu bán dẫn và chip điện tử đã đi vào hầu hết các lĩnh vực của đời sống và sản xuất. Không thể hiện đại hóa nếu thiếu thiết bị điện tử. Thiết bị điện tử gắn liền với chip, chip gắn với vật liệu bán dẫn. Trong đó, hóa chất và công nghệ hóa học là yếu tố then chốt để tạo ra vật liệu bán dẫn và chuyển hóa chúng thành linh kiện, chip.

Về bản chất, vật liệu bán dẫn có thể bắt nguồn từ những nguyên tố hóa học cơ bản như silic, nhưng để chuyển hóa thành vật liệu sử dụng trong công nghiệp là cả một quá trình công nghệ phức tạp, trong đó hóa học giữ vai trò cốt lõi. Vì vậy, có thể nói, nền tảng của công nghiệp tạo ra chất bán dẫn hay vật liệu bán dẫn chính là công nghệ hóa học.

Trên thế giới, ngành hóa chất đã đón đầu xu hướng này từ rất sớm. Nếu không có công nghệ hóa học để tạo ra vật liệu bán dẫn tiên tiến thì không thể phát triển ngành công nghiệp bán dẫn. Tuy nhiên, vật liệu có tính bán dẫn mới chỉ là bước đầu, để tạo ra chip còn cần nhiều công đoạn tiếp theo.

Từ silic tinh khiết, phải tạo ra cấu trúc tinh thể có tính bán dẫn (P-N) làm nền tảng cho công nghệ số. Khi các phần tử bán dẫn được liên kết, chúng sẽ hình thành mạch và nhiều mạch kết hợp tạo thành chip. Toàn bộ quá trình này đòi hỏi độ chính xác cực cao, tới cấp độ nano.

Bên cạnh cơ khí và tự động hóa, công nghệ hóa chất đóng vai trò quan trọng không thể thiếu, với việc sử dụng nhiều loại hóa chất, từ hóa chất cơ bản như các axit vô cơ và hữu cơ rất tinh khiết đến các hóa chất đặc thù phục vụ chế tạo vật liệu và vi mạch.

Trong tương lai, thế giới đang hướng tới chip lượng tử với kích thước ở cấp độ nguyên tử, electron, cho tốc độ xử lý vượt trội so với chip hiện nay. Những bước tiến này càng khẳng định vai trò không thể thay thế của ngành hóa chất.

- Ông đánh giá vị thế của Việt Nam hiện nay đang ở đâu trong chuỗi cung ứng phục vụ ngành bán dẫn?

Ông Đỗ Thanh Bái: Việt Nam hiện đang ở mức thấp trong chuỗi cung ứng này, nhưng không phải là không có cơ hội.

Thực tế, đã có nhiều doanh nghiệp quốc tế đến Việt Nam để tìm hiểu nguồn nguyên liệu tự nhiên, ví dụ mỏ silica ở các tỉnh phía Bắc, với hàm lượng SiO₂ khá cao, có thể đạt trên 98 - 99%. Đây là nguồn đầu vào quan trọng nếu được chế biến sâu.

Ngoài ra, Việt Nam cũng có một số tài nguyên khác như đất hiếm hay các nguyên tố liên quan đến vật liệu bán dẫn. Tuy nhiên, việc chế biến để trở thành đầu vào đạt chuẩn cho ngành bán dẫn thì hiện nay vẫn chưa đáp ứng được.

Hiện một số mỏ đất hiếm như ở Lai Châu đang được khai thác và đã có hợp tác quốc tế để tiến tới tinh chế sâu. Từ tài nguyên thô đến sản phẩm phục vụ công nghiệp điện tử vẫn còn nhiều công đoạn, đòi hỏi sự tham gia mạnh mẽ của ngành hóa chất và luyện kim.

Các yếu tố địa chính trị cũng cho thấy tầm quan trọng chiến lược của bán dẫn và đất hiếm. Thực tế cho thấy, để giảm đi sự phụ thuộc vào các nguồn cung cấp nguyên liệu cho phát triển kinh tế nói chung và ngành công nghiệp bán dẫn và đất hiếm nói riêng, Việt Nam cần phải phát triển ngành công nghiệp hóa chất đặc thù cho công nghiệp bán dẫn và đất hiếm tại Việt Nam.

Vì vậy, có thể khẳng định, chúng ta đang ở khâu đầu của chuỗi cung ứng, chủ yếu là cung cấp nguyên liệu hoặc sản phẩm ở mức sơ chế.

Tuy nhiên, không nên quá nóng vội hay tham vọng đi ngay vào các khâu có giá trị cao. Trong chuỗi cung ứng, không quốc gia nào có thể làm tất cả mọi công đoạn. Điều quan trọng là xác định đúng lợi thế của mình là gì để phát triển từng bước.

Nếu làm tốt ở các khâu ban đầu và dần nâng cao mức độ chế biến, giá trị gia tăng của sản phẩm sẽ tăng theo. Nhưng quá trình này đòi hỏi thời gian và nguồn lực lớn. Nếu đặt mục tiêu quá cao trong thời gian ngắn, có thể dẫn đến rủi ro.

Do đó, việc lựa chọn hướng đi cần dựa trên phân tích thị trường, cả về kinh tế và khoa học, công nghệ ở quy mô toàn cầu. Hiện nay, chúng ta có nhiều cơ hội để tiếp cận thông tin và đưa ra quyết định, nhưng không nên chạy theo xu hướng một cách thiếu cân nhắc, vì điều đó có thể tiềm ẩn nhiều rủi ro trong đầu tư.

Cơ hội chỉ đến nếu đầu tư đúng hướng

- Theo ông, đâu là những “nút thắt” mang tính cấu trúc khiến ngành hóa chất trong nước khó tham gia sâu vào lĩnh vực chip tiên tiến?

Ông Đỗ Thanh Bái: Dưới góc độ chuyên môn, tôi có thể chia sẻ một số điểm như sau:

Thứ nhất,ngành công nghiệp hóa chất Việt Nam có đóng góp quan trọng cho nền công nghiệp, nhưng so với thế giới vẫn còn rất khiêm tốn, trước hết là về quy mô sản lượng. Sản lượng của chúng ta còn nhỏ so với các tập đoàn đa quốc gia đang chiếm phần lớn thị trường toàn cầu.

Thứ hai, vấn đề công nghệ. Ngoài các hóa chất vô cơ cơ bản hoặc một số hợp chất đơn giản, năng lực công nghệ của Việt Nam hiện tại còn hạn chế, đặc biệt trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ, vốn rất quan trọng để tạo ra các vật liệu và phụ gia phục vụ sản xuất bán dẫn. Có thể nói, ở một số khâu, chúng ta gần như chưa có nền tảng đáng kể.

Thứ ba, nguồn nhân lực và trình độ hiểu biết. Số người có chuyên môn sâu trong lĩnh vực này còn hạn chế. Tuy nhiên, điều này có thể cải thiện nếu có định hướng và đầu tư đúng, giống như lĩnh vực công nghệ thông tin hay AI trước đây. Ban đầu rất ít người làm, nhưng sau đó đã phát triển nhanh nhờ chính sách và nhu cầu thị trường.

Dù vậy, để xây dựng một nền công nghiệp có thể đáp ứng yêu cầu của ngành bán dẫn toàn cầu, chúng ta vẫn còn thiếu nhiều yếu tố.

Điểm tích cực là hiện nay, chủ trương từ Trung ương, Chính phủ đã nhận diện rõ vấn đề và đang có những hỗ trợ tích cực. Một số doanh nghiệp, trong đó có Tập đoàn Hóa chất Việt Nam, cũng đang định hướng và chuẩn bị nguồn lực, bao gồm cả hợp tác quốc tế.

Với xu hướng hợp tác đa phương ngày càng mở rộng, Việt Nam có nhiều cơ hội tiếp cận nguồn lực, công nghệ và đội ngũ chuyên gia quốc tế. Tuy nhiên, cần nhìn nhận thực tế rằng đây là lĩnh vực không thể phát triển nhanh trong thời gian ngắn, đòi hỏi một lộ trình dài hạn, đồng thời đặc biệt coi trọng việc phát triển nghiên cứu khoa học cơ bản song hành với nghiên cứu ứng dụng, tránh tư duy “đốt cháy giai đoạn”.

- Xu hướng nâng cao tiêu chuẩn công nghệ trong ngành bán dẫn hiện nay đang mở ra cơ hội hay tạo thêm khoảng cách đối với các doanh nghiệp hóa chất Việt Nam, thưa ông?

Ông Đỗ Thanh Bái: Theo tôi, xu hướng này trước mắt tạo ra khoảng cách nhiều hơn là cơ hội.

Hiện nay, chúng ta đang cố gắng đạt các tiêu chuẩn ở mức trung bình hoặc tương đối tiên tiến của thế giới. Nhưng các tiêu chuẩn cao trong ngành bán dẫn, đặc biệt phục vụ các thiết bị điện tử tinh vi hay robot, đòi hỏi độ chính xác, độ tinh khiết vật liệu ở mức rất cao, đây là những yêu cầu mà nhiều doanh nghiệp và cả các đơn vị nghiên cứu trong nước chưa đáp ứng được.

Việc nâng cao tiêu chuẩn vừa là công cụ để kiểm soát chất lượng, vừa là một “hàng rào kỹ thuật”. Tuy nhiên, trong bối cảnh hiện nay, chúng ta chủ yếu đang ở giai đoạn học hỏi và tiếp cận các tiêu chuẩn quốc tế. Vì vậy, cần đi từng bước, không thể nâng chuẩn một cách đột ngột.

Ví dụ, nếu tiêu chuẩn hiện tại ở một mức nhất định, thì việc nhảy ngay lên mức cao hơn nhiều lần là rất khó khả thi. Do đó, việc thiết lập các tiêu chuẩn cao trong ngành bán dẫn sẽ là một thách thức lớn đối với Việt Nam.

- Với vai trò của Hiệp hội, theo ông cần có định hướng và chính sách như thế nào để ngành hóa chất có thể tận dụng làn sóng phát triển của công nghiệp bán dẫn?

Ông Đỗ Thanh Bái: Cần dựa vào lợi thế sẵn có của Việt Nam, đặc biệt là tài nguyên như đất hiếm, cát silic và một số nguyên liệu đầu vào cho ngành bán dẫn. Tuy nhiên, hiện nay các nguồn này chủ yếu vẫn ở dạng thô, chưa qua tinh chế sâu.

Bên cạnh đó, Việt Nam cũng có nguồn nhân lực chất lượng và có những doanh nghiệp sẵn sàng đầu tư. Vì vậy, nếu lựa chọn hướng đi, theo quan điểm cá nhân, nên tập trung vào sản xuất các hóa chất cơ bản và các hóa chất đặc thù hỗ trợ phục vụ quá trình tinh chế, nhằm tạo ra vật liệu bán dẫn đạt tiêu chuẩn quốc tế.

Hiện nay, chúng ta đã sản xuất được một số hóa chất cơ bản như axit phosphoric, axit nitric… Tuy nhiên, cần phát triển theo hướng “xanh hóa”, tức là sử dụng năng lượng sạch và nâng cao chất lượng sản phẩm để đáp ứng tiêu chuẩn cao hơn.

Ví dụ, axit phosphoric có thể sản xuất từ quặng apatit, nguồn tài nguyên mà Việt Nam có. Sản xuất axit dùng cho phân bón thì không quá khó, nhưng để đạt tiêu chuẩn thực phẩm đã khó hơn nhiều, và để đạt tiêu chuẩn phục vụ ngành bán dẫn thì yêu cầu còn cao hơn rất nhiều, đặc biệt về độ tinh khiết và ổn định chất lượng. Hiện nay, chúng ta chưa đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu này.

Do đó, đây vừa là thách thức, vừa là cơ hội nếu chúng ta đầu tư đúng hướng vào đổi mới sáng tạo, kết nối giữa nghiên cứu và doanh nghiệp.

- Xin cảm ơn những chia sẻ của ông!

Ông Đỗ Thanh Bái cho biết: Gần đây, việc một số quốc gia hạn chế xuất khẩu hóa chất cơ bản ra thị trường quốc tế cũng tạo ra sức ép lớn, nhưng đồng thời mở ra cơ hội để Việt Nam phát triển năng lực sản xuất trong nước.  Tuy nhiên, để tận dụng được cơ hội này, cần có sự đầu tư đồng bộ từ cả Nhà nước và doanh nghiệp. Áp lực từ thị trường sẽ là một trong những động lực quan trọng thúc đẩy quá trình phát triển này.