上海節(jié)能技術(shù)展關(guān)注到在半導(dǎo)體制造持續(xù)追求更低功耗與更高集成度的背景下,二維材料因其原子級(jí)厚度與優(yōu)異電學(xué)特性被視為下一代芯片的核心材料。然而,傳統(tǒng)制造工藝中的高溫處理與有毒化學(xué)品使用嚴(yán)重制約了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。近日,一項(xiàng)基于環(huán)保溶劑與紫外光固化的直接圖案化技術(shù)為二維半導(dǎo)體制造提供了創(chuàng)新解決方案。

技術(shù)原理:綠色溶劑與光敏交聯(lián)協(xié)同作用
該技術(shù)核心在于采用異丙醇作為分散介質(zhì),替代傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝中廣泛使用的氯苯、二甲苯等有毒有機(jī)溶劑。技術(shù)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了特異性光敏交聯(lián)劑,與二硫化鉬等二維材料形成均勻分散體系。
工藝流程圖:
環(huán)保漿料配制 → 基板圖案涂布 → 紫外光曝光固化 → 清水沖洗定型
在紫外光照射下,交聯(lián)劑分子間形成穩(wěn)固的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),將二維材料牢牢固定在基板指定區(qū)域。未參與反應(yīng)的多余材料僅需清水沖洗即可去除,實(shí)現(xiàn)了全程無(wú)毒化處理。
性能表現(xiàn):電學(xué)特性達(dá)實(shí)用化標(biāo)準(zhǔn)
基于該技術(shù)制備的二硫化鉬晶體管展現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)性能:
載流子遷移率:20.2 cm2/V·s
開(kāi)關(guān)比:270萬(wàn)
閾值電壓穩(wěn)定性:偏差<5%
均勻性:晶圓級(jí)性能波動(dòng)<8%
這些指標(biāo)完全滿足現(xiàn)代芯片對(duì)低功耗、高穩(wěn)定性半導(dǎo)體器件的要求,特別適用于未來(lái)移動(dòng)設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)終端的高密度集成場(chǎng)景。
工藝優(yōu)勢(shì):低溫簡(jiǎn)流程與環(huán)保特性
與傳統(tǒng)二維材料加工技術(shù)相比,該方案具有三大核心優(yōu)勢(shì):
低溫環(huán)保工藝
全過(guò)程最高溫度≤80℃
使用異丙醇與水作為唯一溶劑
杜絕氫氟酸、氯苯等高危化學(xué)品
極簡(jiǎn)制造流程
將傳統(tǒng)“沉積-光刻-刻蝕”多步工藝壓縮為單步圖案化
工藝周期縮短約60%
材料利用率從不足40%提升至90%以上
優(yōu)異兼容性
適用于硅基、玻璃、柔性聚合物等多種襯底
可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)線路精度
與現(xiàn)有半導(dǎo)體產(chǎn)線設(shè)備良好兼容
技術(shù)對(duì)比:與傳統(tǒng)工藝全方位提升
指標(biāo) 傳統(tǒng)工藝 新型直接圖案化技術(shù)
工藝溫度 300-800℃ ≤80℃
有毒化學(xué)品 必需使用 完全避免
工藝步驟 6-8步 3步
材料利用率 30-40% >90%
能耗水平 高 降低約70%
應(yīng)用前景:從高性能計(jì)算到柔性電子
該技術(shù)為二維半導(dǎo)體在三大領(lǐng)域的應(yīng)用掃除了制造障礙:
高密度集成電路
利用二硫化鉬等材料的原子級(jí)厚度,實(shí)現(xiàn)3nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)
大幅降低芯片靜態(tài)功耗,延長(zhǎng)移動(dòng)設(shè)備續(xù)航
柔性電子系統(tǒng)
低溫工藝完美匹配塑料、聚酰亞胺等柔性襯底
為可折疊顯示器、電子皮膚等創(chuàng)新應(yīng)用提供核心器件
綠色半導(dǎo)體制造
建立無(wú)有毒化學(xué)品排放的生產(chǎn)流程
大幅降低半導(dǎo)體制造的水資源消耗與廢水處理成本
技術(shù)影響:重新定義半導(dǎo)體環(huán)保制造標(biāo)準(zhǔn)
這項(xiàng)紫外光固化直接圖案化技術(shù)不僅解決了二維半導(dǎo)體制造中的工藝兼容性問(wèn)題,更重要的是建立了一種“高性能-低成本-零污染”的半導(dǎo)體制造新范式。隨著二維材料體系從二硫化鉬拓展至硒化鎢、黑磷等更多體系,該技術(shù)有望成為下一代芯片制造的通用平臺(tái)工藝。
上海節(jié)能技術(shù)展了解到據(jù)行業(yè)預(yù)測(cè),基于該技術(shù)的首代商用器件預(yù)計(jì)在2028年前問(wèn)世,將在可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)傳感器等場(chǎng)景率先實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用,為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
來(lái)源:techxplore
如果有侵權(quán)行為,請(qǐng)聯(lián)系刪除。





主辦2.png)
主辦3.png)

主辦1.png)
主辦5.png)

主辦8.png)