讓電子設備製造更簡單，新方法適用於多種納米材料！

導讀

最近，美國芝加哥大學和阿貢國家實驗室的科學家們探索出一種新方案，它無需光刻膠，就能精準地將多種納米材料通過光刻形成圖案，為下一代日常電子設備的製造開闢了一條新途徑。

關鍵字

納米、電子、材料

背景

構成現代計算機基礎元器件是一個十分微小的開關，它又稱為「晶體管」。然而，說起晶體管的製造，其中「光刻技術"起到了十分重要的作用。光刻技術的成熟度，直接決定了單位圓晶片上可以集成的晶體管數目。目前，最先進的光刻技術能夠在單顆晶元內集成幾十億個晶體管。

顧名思義，光刻技術就是通過光線刻出圖案。光刻技術相當複雜，在這裡我為大家粗略地介紹一下基本原理：它利用光致抗蝕劑（或稱光刻膠）感光後因光化學反應而形成耐蝕性的特點，將掩模版上的圖案刻制到被加工表面上。

其大概過程如下：首先，讓紫外線通過印著晶元複雜電路圖案的掩膜版照射到硅基片上，引起曝光區域的光刻膠發生化學反應；然後再用顯影液溶解未感光的光刻膠，從而使得掩膜版上的圖案被複制到光刻膠薄膜上；最後，再利用刻蝕技術，將圖案轉移到硅基片上。通過反覆多次以上的步驟，最終在材料上製造出晶體管。

可是這個方案有它的局限性，只有少數材料能夠通過這種方式形成圖案。這種方案一開始是為了硅而設計的。雖然半個世紀以來，硅材料一直在電子世界處於支配地位，但是目前也正面臨各種瓶頸和挑戰，科學家們現在正在尋找下一代的新材料。

創新

然而，近些年來納米材料（微小的金屬或者半導體晶體）引起了科學界的廣泛興趣。它們具有獨特的特性，非常適合製造電子設備。儘管納米材料對於未來電子設備來說很有前途，然而將它們變成複雜結構的方法，目前來說還十分有限的，而且是小規模的。

最近，美國芝加哥大學和阿貢國家實驗室的科學家們創新探索出一種新方法。它無需使用光刻膠，能夠精準地將多種納米材料光刻成圖案。這些圖案的材料可以是金屬、半導體、氧化物或者磁性材料等等。

（圖片來源：芝加哥大學）

這項新的研究成果於發表於《自然》雜誌。

技術

這項新技術稱為「DOLFIN」，它通過一種將不同的納米材料直接製作成「油墨」工藝，避開了放置光刻膠的需要。Talapin 和他的團隊仔細設計了單個粒子的化學塗層，這些塗層可以和光反應。

（圖片來源：芝加哥大學）

如果你通過圖案化的掩膜將光線照射到下方的納米粒子層上，就可以用它們連接成有用的電子器件。

（圖片來源：Jean Lachat）

價值

它有望使得此類材料更加容易地最終用於LED顯示器、手機、光電探測器和太陽能電池等設備。

文章合著者之一、芝加哥大學化學系教授、阿爾貢納米材料中心的科學家 Dmitri Talapin 說：

「為了將量子點和其他納米材料從概念驗證性的實驗轉化為我們能夠使用的真實技術，這一步很有必要。它真正地拓展了我們的視野。」

（圖片來源：Yuanyuan Wang / 芝加哥大學）

論文的領導作者、芝加哥大學的博士後 Yuanyuan Wang 稱：

「我們發現這種技術製造出的圖案質量，能與目前最先進的技術相媲美。它能夠應用於一些列的材料，包括半導體、金屬、氧化物或者磁性材料，它們都在電子製造中被廣泛使用。」

參考資料

【1】https://news.uchicago.edu/article/2017/07/27/new-method-promises-easier-nanoscale-manufacturing

【2】Yuanyuan Wang, Igor Fedin, Hao Zhang, Dmitri V. Talapin.Direct optical lithography of functional inorganic nanomaterials. Science, 2017; 357 (6349): 385 DOI: 10.1126/science.aan2958

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