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(shí)間：2025-07-10

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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)：

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)。

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?，SiO?/Si、h-BN 等基底的選擇直接影響器件性能。

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(shí)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：

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。

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。

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(shí)，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)模化生產(chǎn)的關(guān)鍵橋梁。