约翰斯·霍普金斯大学突破性进展或实现史上最小微芯片

科学家团队发现了一种既精确又经济的制造工艺，可创造出肉眼不可见的超微型电路。

该研究成果于9月11日发表在《自然·化学工程》期刊。

"企业都有未来10到20年乃至更长远的发展路线图，"约翰霍普金斯大学化学与生物分子工程系彭博杰出教授Michael Tsapatsis表示，"当前面临的障碍在于如何找到一种生产工艺，在快速辐照材料的同时保持绝对精度，从而实现更精细的电路特征制造，使整个流程具备经济可行性。"

Tsapatsis补充道，用于微米级制程的先进激光设备已经存在，但研究人员需要开发新型材料和工艺来适配持续微型化的芯片需求。

微芯片是表面蚀刻有基础功能电路的硅晶片。生产过程中，制造商会在硅晶圆上涂覆辐射敏感材料形成极薄涂层，称为"光刻胶"。当辐射光束照射光刻胶时，会触发化学反应，在晶圆上蚀刻出电路图案。

然而，要在芯片上雕刻更精细的电路特征所需的高能辐射光束，与传统光刻胶的相互作用强度不足。

此前，Tsapatsis实验室与约翰霍普金斯大学Fairbrother研究组发现，由新型金属有机物制成的光刻胶可适配这种被称为"超极紫外辐射"(B-EUV)的高能工艺，有望突破当前10纳米的标准制程极限。锌等金属能吸收B-EUV光并释放电子，从而在咪唑类有机材料上引发形成电路图案所需的化学转化。

这项研究首次实现了在硅晶圆尺度上通过溶液沉积咪唑基金属有机光刻胶，并能以纳米级精度控制其厚度。为开发金属有机材料涂覆硅晶圆所需的化学工艺，研究团队整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数据与模型。这种被命名为化学液相沉积(CLD)的新方法可进行精确调控，使研究人员能快速探索多种金属-咪唑组合。

"通过调控金属和咪唑这两种组分，可以改变材料的光吸收效率及后续反应化学特性，这为我们创造新型金属-有机物组合开辟了道路，"Tsapatsis解释道，"令人振奋的是至少有10种金属和数百种有机物可用于这种化学反应。"

研究团队已开始尝试不同组合，专门针对未来10年内可能投入生产的B-EUV辐射开发适配材料。

"不同波长的辐射与元素相互作用方式各异，某种波长下表现不佳的金属可能在其他波长下表现卓越，"Tsapatsis指出，"锌对极紫外辐射效果一般，但对B-EUV却是最佳选择之一。"

论文作者包括约翰霍普金斯大学的Yurun Miao、Kayley Waltz和Xinpei Zhou；华东理工大学的Liwei Zhuang、Shunyi Zheng、Yegui Zhou和Heting Wang；布鲁克海文国家实验室的Mueed Ahmad和J. Anibal Boscoboinik；苏州大学的Qi Liu；洛桑联邦理工学院的Kumar Varoon Agrawal；以及劳伦斯伯克利国家实验室的Oleg Kostko。