上海節(jié)能技術(shù)展關(guān)注到在半導(dǎo)體制造持續(xù)追求更低功耗與更高集成度的背景下，二維材料因其原子級厚度與優(yōu)異電學(xué)特性被視為下一代芯片的核心材料。然而，傳統(tǒng)制造工藝中的高溫處理與有毒化學(xué)品使用嚴(yán)重制約了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。近日，一項(xiàng)基于環(huán)保溶劑與紫外光固化的直接圖案化技術(shù)為二維半導(dǎo)體制造提供了創(chuàng)新解決方案。

技術(shù)原理：綠色溶劑與光敏交聯(lián)協(xié)同作用

該技術(shù)核心在于采用異丙醇作為分散介質(zhì)，替代傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝中廣泛使用的氯苯、二甲苯等有毒有機(jī)溶劑。技術(shù)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了特異性光敏交聯(lián)劑，與二硫化鉬等二維材料形成均勻分散體系。

工藝流程圖：

環(huán)保漿料配制 → 基板圖案涂布 → 紫外光曝光固化 → 清水沖洗定型

在紫外光照射下，交聯(lián)劑分子間形成穩(wěn)固的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將二維材料牢牢固定在基板指定區(qū)域。未參與反應(yīng)的多余材料僅需清水沖洗即可去除，實(shí)現(xiàn)了全程無毒化處理。

性能表現(xiàn)：電學(xué)特性達(dá)實(shí)用化標(biāo)準(zhǔn)

基于該技術(shù)制備的二硫化鉬晶體管展現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)性能：

載流子遷移率：20.2 cm2/V·s

開關(guān)比：270萬

閾值電壓穩(wěn)定性：偏差＜5%

均勻性：晶圓級性能波動＜8%

這些指標(biāo)完全滿足現(xiàn)代芯片對低功耗、高穩(wěn)定性半導(dǎo)體器件的要求，特別適用于未來移動設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)終端的高密度集成場景。

工藝優(yōu)勢：低溫簡流程與環(huán)保特性

與傳統(tǒng)二維材料加工技術(shù)相比，該方案具有三大核心優(yōu)勢：

低溫環(huán)保工藝

全過程最高溫度≤80℃

使用異丙醇與水作為唯一溶劑

杜絕氫氟酸、氯苯等高危化學(xué)品

極簡制造流程

將傳統(tǒng)“沉積-光刻-刻蝕”多步工藝壓縮為單步圖案化

工藝周期縮短約60%

材料利用率從不足40%提升至90%以上

優(yōu)異兼容性

適用于硅基、玻璃、柔性聚合物等多種襯底

可實(shí)現(xiàn)微米級線路精度

與現(xiàn)有半導(dǎo)體產(chǎn)線設(shè)備良好兼容

技術(shù)對比：與傳統(tǒng)工藝全方位提升

指標(biāo) 傳統(tǒng)工藝 新型直接圖案化技術(shù)

工藝溫度 300-800℃ ≤80℃

有毒化學(xué)品 必需使用 完全避免

工藝步驟 6-8步 3步

材料利用率 30-40% >90%

能耗水平 高 降低約70%

應(yīng)用前景：從高性能計(jì)算到柔性電子

該技術(shù)為二維半導(dǎo)體在三大領(lǐng)域的應(yīng)用掃除了制造障礙：

高密度集成電路

利用二硫化鉬等材料的原子級厚度，實(shí)現(xiàn)3nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)

大幅降低芯片靜態(tài)功耗，延長移動設(shè)備續(xù)航

柔性電子系統(tǒng)

低溫工藝完美匹配塑料、聚酰亞胺等柔性襯底

為可折疊顯示器、電子皮膚等創(chuàng)新應(yīng)用提供核心器件

綠色半導(dǎo)體制造

建立無有毒化學(xué)品排放的生產(chǎn)流程

大幅降低半導(dǎo)體制造的水資源消耗與廢水處理成本

技術(shù)影響：重新定義半導(dǎo)體環(huán)保制造標(biāo)準(zhǔn)

這項(xiàng)紫外光固化直接圖案化技術(shù)不僅解決了二維半導(dǎo)體制造中的工藝兼容性問題，更重要的是建立了一種“高性能-低成本-零污染”的半導(dǎo)體制造新范式。隨著二維材料體系從二硫化鉬拓展至硒化鎢、黑磷等更多體系，該技術(shù)有望成為下一代芯片制造的通用平臺工藝。

上海節(jié)能技術(shù)展了解到據(jù)行業(yè)預(yù)測，基于該技術(shù)的首代商用器件預(yù)計(jì)在2028年前問世，將在可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)傳感器等場景率先實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

來源：techxplore

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