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(shù)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(zhuǎn)移到了無掩膜光刻技術(shù)。

    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(dǎo)體、自旋電子學(xué)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(yīng)商提供，但是在研發(fā)過程中，掩膜板的設(shè)計(jì)通常需要根據(jù)實(shí)際情況多次改變。無掩膜光刻技術(shù)通過以軟件設(shè)計(jì)電子掩膜板的方法，克服了這問題。與通過物理掩膜板進(jìn)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(guān)，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制，在光刻膠上直接曝光繪出所要的圖案。同時其還具備結(jié)構(gòu)緊湊（70cm X 70cm X 70cm）、高直寫速度，高分辨率（XY：<1 um）的點(diǎn)。采用集成化設(shè)計(jì)，全自動控制，可靠性高，操作簡便。

前沿進(jìn)展

（） SMALL: 高性能的具備實(shí)際應(yīng)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(rèn)為是下代半導(dǎo)體器件的重要研究熱點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)微米的制備。在本文中，作者提出種用化學(xué)氣相沉積（CVD）制備多層MoS₂薄層，進(jìn)而改善所制備器件的相關(guān)性能。采用四探針法測量證明接觸電阻降低個數(shù)量。進(jìn)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(gòu)筑了頂柵場效應(yīng)晶體管（FET）陣列。研究表明其閾值電壓和場效應(yīng)遷移率均有明顯的提升，平均遷移率可以達(dá)到70 cm²V^-1s^-1，可與層間剝離法制備的MoS₂ FET結(jié)果相媲美。本工作創(chuàng)制了種規(guī)?；苽涠STMD功能器件和集成電路應(yīng)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(jié)果。(g, h, i, j) 單層MoS₂邊界及多層MoS₂片層島的AFM測試結(jié)果，拉曼譜及光致發(fā)光譜結(jié)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(jié)果。證明所制多層MoS₂的平均遷移率可以達(dá)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(yīng)遷移率和閾值電壓的分布性測量結(jié)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(xué)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值，但是大部分已報(bào)道的磁性材料都是具備范德瓦爾斯作用的層狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)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(fù)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(jìn)化學(xué)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(dá)2.5 nm），并深入研究了材料的Raman振動模式及熱導(dǎo)性，同時用無掩膜激光直寫系統(tǒng)（MicroWriter）在材料表面制備電結(jié)構(gòu)，測試系列相關(guān)電學(xué)性。

圖4. 超薄Cr₂S₃納米片的制備流程示意圖及其光學(xué)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(dǎo)率測量結(jié)果及擬合曲線比較 

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

    全無機(jī)三鹵鈣鈦礦納米晶在過去的數(shù)年間受到廣泛的關(guān)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(guān)注。在本文中，作者制備出種單層MoS₂與三鹵鈣鈦礦納米晶結(jié)合的異質(zhì)結(jié)光電器件，通過調(diào)節(jié)鈣鈦礦膠體濃度和表面配體量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)控該異質(zhì)結(jié)器件的光電性。在空氣環(huán)境中，該異質(zhì)結(jié)光電器件的光響應(yīng)可達(dá)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(zhì)結(jié)光電器件的物理結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理示意 

圖7. 不同溶液濃度的鈣鈦礦前驅(qū)體所制備得到的異質(zhì)結(jié)器件的光電性比較

    在該異質(zhì)結(jié)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(shè)計(jì)的電圖案直接在MoS₂層表面進(jìn)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(zhǔn)（Visual Mask Alignment, VMA）功能，可以在實(shí)際圖形曝光過程中，準(zhǔn)確地找到MoS₂目標(biāo)位置，這樣大大地提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施的靈活性。

圖8. CsPbBr₃ PNC/monolayer MoS₂異質(zhì)結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)果示意

文獻(xiàn)匯總 

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