隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，集成電路的需求出現(xiàn)了井噴式的增長。使得掩膜的需求急劇增加，目前制作掩膜的主要技術是電子束直寫，但該制作效率非常低下，并且成本也不容小覷，在這種背景下人們把目光轉移到了無掩膜光刻技術。

    英國Durham Magneto Optics公司致力于研發(fā)小型臺式無掩膜光刻直寫系統(tǒng)（MicroWriter ML3），為微流控、MEMS、半導體、自旋電子學等研究域提供方便的微加工方案。傳統(tǒng)的光刻工藝中所使用的鉻玻璃掩膜板需要由業(yè)供應商提供，但是在研發(fā)過程中，掩膜板的設計通常需要根據(jù)實際情況多次改變。無掩膜光刻技術通過以軟件設計電子掩膜板的方法，克服了這問題。與通過物理掩膜板進行光照的傳統(tǒng)工藝不同，激光直寫是通過電腦控制DMD微鏡矩陣開關，經(jīng)過光學系統(tǒng)調制，在光刻膠上直接曝光繪出所要的圖案。同時其還具備結構緊湊（70cm X 70cm X 70cm）、高直寫速度，高分辨率（XY：<1 um）的點。采用集成化設計，全自動控制，可靠性高，操作簡便。

前沿進展

（） SMALL: 高性能的具備實際應用前景的晶圓MoS₂晶體管

    原子層的過渡金屬二硫化物（TMD）被認為是下代半導體器件的重要研究熱點。然而，目前大部分的器件都是基于層間剝離來獲取金屬硫化物層，這樣只能實現(xiàn)微米的制備。在本文中，作者提出種用化學氣相沉積（CVD）制備多層MoS₂薄層，進而改善所制備器件的相關性能。采用四探針法測量證明接觸電阻降低個數(shù)量。進步，基于該法制備的連續(xù)大面積MoS₂薄層，采用小型無掩膜光刻直寫系統(tǒng)（MicroWriter ML3）構筑了頂柵場效應晶體管（FET）陣列。研究表明其閾值電壓和場效應遷移率均有明顯的提升，平均遷移率可以達到70 cm²V^-1s^-1，可與層間剝離法制備的MoS₂ FET結果相媲美。本工作創(chuàng)制了種規(guī)模化制備二維TMD功能器件和集成電路應用的有效方法。 

 圖1. (a-e) 用CVD法制備大面積多層MoS₂的原理示意及形貌結果。(g, h, i, j) 單層MoS₂邊界及多層MoS₂片層島的AFM測試結果，拉曼譜及光致發(fā)光譜結果

圖2. 用無掩膜激光直寫系統(tǒng)（MicroWriter）在MoS₂薄層上制備的多探針（二探針/四探針）測量系統(tǒng)，以及在不同條件下測量的接觸電阻和遷移率結果。證明所制多層MoS₂的平均遷移率可以達到70 cm²V^-1s^-1 

圖3. 用無掩膜光刻直寫系統(tǒng)（MicroWriter）制備的大面積規(guī)模MoS₂ FET陣列，及其場效應遷移率和閾值電壓的分布性測量結果，證明該規(guī)模MoS₂ FET陣列具備異且穩(wěn)定的均性 

（二） Adv. Funct. Mater.: 二維超薄非層狀Cr₂S₃納米片的氣相沉積制備與拉曼表征

    二維磁性材料在自旋磁電子學域展現(xiàn)出巨大的應用價值，但是大部分已報道的磁性材料都是具備范德瓦爾斯作用的層狀結構，這種結構可以通過簡單的剝離方法獲得。與之相反，非層狀超薄磁性材料制備工藝復雜且非常，其中Cr₂S₃就是種典型的反鐵磁性非層狀材料。在本文中，作者通過改進化學氣相沉積（CVD）方法，成功制備出超薄的非層狀Cr₂S₃納米片（厚度薄可達2.5 nm），并深入研究了材料的Raman振動模式及熱導性，同時用無掩膜激光直寫系統(tǒng)（MicroWriter）在材料表面制備電結構，測試系列相關電學性。

圖4. 超薄Cr₂S₃納米片的制備流程示意圖及其光學形貌和AFM表面形貌 

圖5. (a) SiO₂/Si基底表面的Cr₂S₃納米片的AFM表面形貌，(b) 用MicroWriter在Cr₂S₃納米片上制備測量電，測量材料隨溫度變化的I-V性曲線，(c) 隨溫度變化的電導率測量結果及擬合曲線比較 

（三） Adv. Optical Mater.: 通過對全無機三鹵鈣鈦礦納米晶的調控，制備出性能良、空氣穩(wěn)定及可調諧的單分子層MoS₂基混合光探測器件 

    全無機三鹵鈣鈦礦納米晶在過去的數(shù)年間受到廣泛的關注，基于其異的光物理性和環(huán)境穩(wěn)定性，該種新材料在混合光電器件研究域備受關注。在本文中，作者制備出種單層MoS₂與三鹵鈣鈦礦納米晶結合的異質結光電器件，通過調節(jié)鈣鈦礦膠體濃度和表面配體量，進而實現(xiàn)調控該異質結器件的光電性。在空氣環(huán)境中，該異質結光電器件的光響應可達6.4×105 mA/W，同時表現(xiàn)出異的熱穩(wěn)定性和工作穩(wěn)定性。 

圖6. CsPbBr₃ PNC/monolayer MoS₂異質結光電器件的物理結構及工作機理示意 

圖7. 不同溶液濃度的鈣鈦礦前驅體所制備得到的異質結器件的光電性比較

    在該異質結的制備過程中，需要在所制備的單層MoS₂表面制備Cr/Au電，用小型無掩膜光刻直寫系統(tǒng)（MicroWriter），可以將所設計的電圖案直接在MoS₂層表面進行曝光，避免由與制備圖形掩膜版所帶來的時間及工藝成本，同時用MicroWriter所有的虛擬掩膜對準（Visual Mask Alignment, VMA）功能，可以在實際圖形曝光過程中，準確地找到MoS₂目標位置，這樣大大地提高了實驗設計和實施的靈活性。

圖8. CsPbBr₃ PNC/monolayer MoS₂異質結光電器件的制備流程，紅色框所示為用無掩膜激光直寫系統(tǒng)（MicroWriter）所制備電結構示意

圖9. （左）用MicroWriter制備的MoS₂基器件的I-V性曲線，其中所示單層MoS₂形貌及表面電；（右）MicroWriter虛擬掩膜功能（VMA）結果示意

文獻匯總 

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