约翰霍普金斯大学开创全新化学工艺 助力打造更快速、更微型芯片

约翰霍普金斯大学的科学家们发现了一种制造微芯片的新方法，其尺寸之小，几乎达到肉眼不可见的程度。

通过结合金属和光敏化学物质，他们开创了一种可使芯片更快、更便宜且功能更强大的方法。这项微芯片设计的飞跃有望重塑从智能手机到飞机等各个领域，为下一个技术时代开辟道路。

微芯片创新的突破

约翰霍普金斯大学的研究人员已识别出新材料并开发出一种新技术，这可能加速生产更小、更快、更经济实惠的微芯片的竞赛。这些芯片为现代生活的几乎方方面面提供动力，从智能手机、家用电器到汽车和飞机。

科学家们展示了一种制造极其微小电路的方法，其尺寸小到人眼无法看见。该方法旨在实现高精度且适用于大规模生产的成本效益。

这项研究的结果近期发表在《自然·化学工程》杂志上。

克服制造障碍

"各大公司都有其未来10年、20年乃至更长远的发展路线图，"约翰霍普金斯大学彭博特聘教授（化学与生物分子工程）迈克尔·察帕特西斯表示。"其中一个障碍在于，如何在生产线上找到一种能够快速、绝对精确地辐照材料以制造更微小特征的工艺，从而使整个过程在经济上可行。"

据察帕特西斯介绍，在这些极小尺度上蚀刻图案所需的先进激光器已经具备。缺失的关键环节是能够跟上对更小微芯片需求步伐的合适材料和方法。

微芯片的制造原理

微芯片是带有蚀刻电路的扁平硅片，用于执行基本功能。在生产过程中，制造商会在硅晶圆上涂覆一层对辐射敏感的材料，形成一层非常精细的涂层，称为"光刻胶"。当辐射光束照射光刻胶时，会引发化学反应，将细节"烧刻"到晶圆上，从而绘制出图案和电路。

然而，要在芯片上雕刻出更微小细节所需的高功率辐射光束，与传统的"光刻胶"相互作用的强度不够。

突破当前极限

此前，来自察帕特西斯实验室和约翰霍普金斯大学费尔布拉泽研究小组的研究人员发现，由一类新型金属有机材料制成的光刻胶能够适应那种更高功率的辐射工艺，即"超极紫外辐射"（B-EUV）。该工艺有潜力制造出小于当前10纳米标准尺寸的细节。像锌这样的金属可以吸收B-EUV光并产生电子，这些电子引发化学转化，从而在一种称为咪唑的有机材料上印刻电路图案。

这项研究是科学家们首次能够在硅晶圆尺度上从溶液中沉积这种基于咪唑的金属有机光刻胶，并以纳米精度控制其厚度。为了开发在硅晶圆上涂覆金属有机材料所需的化学工艺，该研究团队结合了来自约翰霍普金斯大学、华东理工大学、洛桑联邦理工学院、苏州大学、布鲁克海文国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室的实验和模型。他们称之为化学液相沉积（CLD）的新方法可以进行精确设计，并让研究人员快速探索各种金属和咪唑的组合。

"通过调整这两种成分（金属和咪唑），你可以改变吸收光的效率以及后续反应的化学性质。这为我们创造新的金属-有机配对打开了大门，"察帕特西斯说。"令人兴奋的是，至少有10种不同的金属可以用于这种化学反应，还有数百种有机化合物可供选择。"

展望下一代制造技术

研究人员已开始尝试不同的组合，以创造出专门用于B-EUV辐射的配对材料，他们表示B-EUV很可能在未来10年内应用于制造业。

"因为不同波长的光与不同元素的相互作用方式不同，在一种波长下表现不佳的金属，在另一种波长下可能表现出色，"察帕特西斯解释说。"锌对于极紫外辐射的效果不是很好，但它是B-EUV的最佳选择之一。"

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