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新型無掩膜光刻技術(shù)在二維材料器件制備中的創(chuàng)新應(yīng)用

更新時間:2025-07-10點(diǎn)擊次數(shù):126


二維材料作為原子級厚度的前沿材料,其不同的量子限域效應(yīng)為納米器件研發(fā)開辟了新路徑。而微納加工技術(shù)作為二維材料器件化的關(guān)鍵環(huán)節(jié),正迎來革命性突破 —— 無掩膜光刻技術(shù)以靈活高效的優(yōu)勢,成為推動二維材料研究進(jìn)展的重要工具。

新型無掩膜光刻技術(shù)在二維材料器件制備中的創(chuàng)新應(yīng)用

各種二維材料及結(jié)構(gòu)


二維材料研究的核心挑戰(zhàn)與技術(shù)流程

二維材料(如石墨烯、過渡金屬硫化物等)的電學(xué)性能研究需經(jīng)歷多維度技術(shù)攻關(guān):



1

材料制備與篩選



機(jī)械剝離法可獲取高純度單晶薄片,化學(xué)氣相沉積(CVD)能實(shí)現(xiàn)晶圓級薄膜生長;拉曼光譜(如石墨烯 G 峰 1580cm?1、2D 峰 2700cm?1)與原子力顯微鏡(AFM)則用于精準(zhǔn)表征厚度與層數(shù)。


2

樣品轉(zhuǎn)移與基底優(yōu)化



干法轉(zhuǎn)移技術(shù)(PDMS/PMMA 薄膜拾?。┛杀苊獠牧衔廴荆琒iO?/Si、h-BN 等基底的選擇直接影響器件性能。


3

微納器件加工



傳統(tǒng)光刻需依賴掩模板定義電極圖案,而電極沉積(如 80nm 金 / 5nm 鈦)與剝離工藝的精度,決定了器件溝道結(jié)構(gòu)的可靠性。

無掩膜光刻技術(shù)的革新突破

相較于傳統(tǒng)紫外 / 電子束光刻,無掩膜光刻技術(shù)通過數(shù)字微鏡器件(DMD)實(shí)現(xiàn)圖案的實(shí)時編輯,無需物理掩模板,顯著縮短研發(fā)周期。以新型 DMD 無掩模光刻機(jī)為例,其技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在:



1

靈活制程



直接通過軟件導(dǎo)入設(shè)計(jì)圖案,分鐘級完成光刻圖形化,適配二維材料的小批量、多批次實(shí)驗(yàn)需求。


2

高精度控制



結(jié)合深紫外光源,可實(shí)現(xiàn)亞微米級分辨率,滿足二維材料器件的精細(xì)加工要求。


3

成本優(yōu)化



省去掩模板制作環(huán)節(jié),降低科研成本的同時,避免了掩模損耗導(dǎo)致的圖案偏差。

技術(shù)應(yīng)用與實(shí)證案例

新型無掩膜光刻技術(shù)在二維材料器件制備中的創(chuàng)新應(yīng)用

某科研團(tuán)隊(duì)利用無掩膜光刻技術(shù)對機(jī)械剝離的二維材料樣品進(jìn)行電極加工:通過 DMD 光刻機(jī)直接定義叉指電極圖案,經(jīng)電子束蒸發(fā)沉積金屬電極后,丙酮剝離工藝保留了完整的電極結(jié)構(gòu)。測試顯示,器件在低溫磁場環(huán)境下展現(xiàn)出穩(wěn)定的電學(xué)響應(yīng),證明該技術(shù)在二維材料器件制備中的可靠性。

新型無掩膜光刻技術(shù)在二維材料器件制備中的創(chuàng)新應(yīng)用

澤攸科技DMD無掩膜光刻機(jī)

未來展望

無掩膜光刻技術(shù)正推動二維材料研究從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化:一方面,其與柔性基底結(jié)合可拓展至可穿戴器件領(lǐng)域;另一方面,深紫外光源與三維集成技術(shù)的融合,為量子器件、異質(zhì)結(jié)陣列的制備提供了新可能。隨著技術(shù)迭代,無掩膜光刻或?qū)⒊蔀槎S材料器件規(guī)?;a(chǎn)的關(guān)鍵橋梁。

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