Cuộc đua công nghệ chất bán dẫn điện: Hàn Quốc và Trung Quốc đang thu hẹp khoảng cách với Mỹ, Nhật Bản

Công nghệ này được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực điện khí có điện áp cao như thiết bị phát điện và phương tiện giao thông đường sắt. 

Nhật Bản, quốc gia có bề dày nghiên cứu của mình đang duy trì khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trong lĩnh vực bán dẫn và bám sát vị trí dẫn đầu của Mỹ. Tuy nhiên, Hàn Quốc và Trung Quốc đang cho thấy những bước tiến vượt bậc.

Theo thống kê của công ty Astamuse (có trụ sở tại thành phố Chiyoda, Tokyo, Nhật Bản), trong giai đoạn từ năm 2000-2017, đã có 47.428 đơn xin cấp bằng sáng chế cho các công nghệ liên quan đến chất bán dẫn điện được nộp tại 37 quốc gia trên thế giới. Trong đó, Mỹ dẫn đầu với 13.973 đơn, tiếp theo là Nhật Bản với 12.872 đơn và Trung Quốc 8.403 đơn.

Xét về bảng xếp hạng các doanh nghiệp có đơn xin cấp bằng sáng chế Nhật Bản đang chiếm ưu thế với 7 vị trí trong Top 10, trong đó Mitsubishi Electric đứng đầu, Toshiba thứ 4, Fuji Electric thứ 6, Hitachi thứ 7. 

Ngoài ra, Intel của Mỹ đứng thứ 5, Samsung của Hàn Quốc thứ 11. Có thể nói Nhật Bản tương đối mờ nhạt tại thị trường chất bán dẫn toàn cầu, nhưng lại duy trì sự hiện diện áp đảo trong lĩnh vực chất bán dẫn điện. Không doanh nghiệp nào của Trung Quốc lọt vào Top 10 nhưng tốc độ tăng số lượng nộp đơn xin cấp bằng sáng chế đang gia tăng nhanh chóng.

Theo giới chuyên gia, chất cacbua silic và gali nitrua là vật liệu chính cho chất bán dẫn điện, nhưng gần đây gali oxit đã thu hút sự chú ý như một ứng cử viên mới tham gia vào cuộc cạnh tranh trên thị trường chất bán dẫn điện. 

Những vật liệu này có khả năng chịu được dòng điện lớn với điện áp cao, đồng thời có thể được chế tạo với kích thước nhỏ hơn và tiêu thụ ít điện năng hơn đáng kể so với các thiết bị hiện có sử dụng chất bán dẫn silicon. Khi công nghệ xe hơi ngày càng trở nên điện khí hóa, hướng tới giảm thiểu và loại bỏ khí thải, thì chất bán dẫn điện sẽ được coi là lĩnh vực phát triển nhanh nhất trong tương lai.

Theo dự báo do công ty nghiên cứu Fuji Keizai đưa ra vào năm 2020, thị trường bán dẫn điện toàn cầu vào năm 2030 sẽ là 200,9 tỷ yen (khoảng 1,8 tỷ USD) đối với cacbua silic, gấp 4,6 lần so với năm 2019, và 23,2 tỷ yen (khoảng 220 triệu USD) đối với gali nitrua, gấp 12,2 lần so với năm 2019, trong khi gali oxit sẽ tạo ra một thị trường mới 59 tỷ yen (khoảng 550 triệu USD). 

Các chất bán dẫn điện làm bằng vật liệu silicon rẻ tiền vẫn là lựa chọn cho khoảng 10% thị phần. Tuy nhiên, với mục tiêu của phần lớn các quốc gia giảm khí thải carbon kèm theo các chính sách thúc đẩy mạnh mẽ nhằm đối phó với biến đổi khí hậu thì bài toán giảm chi phí sẽ không phải là vấn đề lớn trong tương lai.