美国纽约大学：二维半导体器件制造工艺取得重要突破！

背景

目前，以硅为代表的传统半导体材料正在面临严峻挑战。通过原理创新、结构改善、工艺进步，科研人员很难再大幅度提升硅基半导体器件的总体性能。“后摩尔时代”已经悄然到来。作为有望取代硅基半导体材料的新一代半导材料，近年来二维半导体的研究进展迅猛。

石墨烯凭借机械强度高、导电导热性好、轻薄、柔性、透明等优势，一度被誉为“新材料之王”，也让二维材料成为了备受瞩目的热点。遗憾的是，石墨烯中独特的碳原子排列，虽然有利于电子轻松地高速流动，但也使之不适合作为半导体。石墨烯没有带隙，无法选择”打开“或者”关闭“电流，而这种二进制开关机制正是现代电子器件的基础。

不过除了石墨烯之外，越来越多的二维材料被人类发现并研究，其中也不乏可以作为半导体的二维材料，例如过渡金属硫族化合物、黑磷等。科学家们已经通过这些二维材料创造出诸多半导体器件，例如：

然而，在二硫化钼（MoS2）为代表的二维半导体器件的制造工艺中，采用电子束光刻技术，将金属电极纳米刻画到这种原子级二维材料的层上，目前会产生一些问题，导致“非欧姆接触”与“肖特基势垒”。

创新

近日，美国纽约大学工学院化学与生物分子工程系教授 Elisa Riedo 领导的团队，报告了原子级薄度处理器制造工艺中的一项重要突破。这一发现不仅将对纳米芯片制造工艺产生深远影响，而且也将鼓舞全世界各个实验室中 探索 将二维材料应用于更小更快的半导体的科学家们。

团队将他们的科研成果发表在最近一期的《自然电子学（Nature Electronics）》期刊上。

技术

他们演示的这种刻蚀技术，采用了加热至100摄氏度以上的探针，超越了在二硫化钼等二维半导体上制造金属电极的普遍方法。科学家们相信，这种过渡金属属于有望替代硅应用于原子级微型芯片的材料。团队开发的新制造方法，称为“热扫描探针刻蚀技术（t-SPL）”，相比于目前的电子束光刻技术（EBL）具有一系列优势。

价值

首先，热刻蚀技术显著提升了二维晶体管的质量，抵消了肖特基势垒。肖特基势垒阻碍了二维衬底与金属交界处的电子流动。其次，不同于EBL，热刻蚀技术使芯片制造者可轻松获取二维半导体图像，然后在期望的位置刻画电极。再次， t-SPL 制造系统有望显著减少初始投入以及运营成本：它们通过在一般环境条件下的运作大幅降低功耗，无需生成高能电子以及超高真空。最后，这种热加工方法很容易通过采用“并行”的热探针来扩展，从而应用于工业生产。

Riedo 表示，她希望 t-SPL 将许多加工过程带出稀缺的净室，带入个人实验室。在净室中，研究人员们必须为这些昂贵的设备争取时间；而在个人实验室中，他们将迅速地推进材料科研与芯片设计。3D打印机这个先例，就是一个很好的类比。有朝一日，这些低于10纳米分辨率的 t-SPL 工具，在普通环境条件下，依靠标准的120伏电源运行，将遍及像她的实验室一样的各个研究实验室。

参考资料

【1】https://engineering.nyu.edu/news/breakthrough-reported-fabricating-nanochips

【2】https://www.nature.com/articles/ncomms8702

【3】Xiaorui Zheng, Annalisa Calò, Edoardo Albisetti, Xiangyu Liu, Abdullah Sanad M. Alharbi, Ghidewon Arefe, Xiaochi Liu, Martin Spieser, Won Jong Yoo, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Carmela Aruta, Alberto Ciarrocchi, Andras Kis, Brian S. Lee, Michal Lipson, James Hone, Davood Shahrjerdi, Elisa Riedo. Patterning metal contacts on monolayer MoS2 with vanishing Schottky barriers using thermal nanolithography . Nature Electronics, 20192 (1): 17 DOI: 10.1038/s41928-018-0191-0

在受到西方国的技术封锁、原材料断供等手段之后，我国的芯片市场遭到了前所未有的打击，在这样的情况下，诸多西方媒体纷纷跳出来说着“中国芯片自主研发是妄想”等言论，但事实真就如他们所说吗？

其实随着 我国 科技 方面的不断进步，一个个 科技 难题被攻破 ，我国在芯片领域的发展可谓是突飞猛进，用ASML总裁的话来说就是： “如果继续对中国进行技术封锁，要不了多久中国就能实现芯片自主化。”

在“中国芯”的研发道路上， 不仅光刻机被荷兰ASML垄断，制造芯片的核心材料也是时常遭受“断供威胁”。

芯片的研发制作必然离不开光刻，而在光刻的过程中， 光刻胶和光刻机都是其中必不可少的一员 ，光刻胶的精密度越大则生产出的芯片就越先进。

简单来说，如果没有好的光刻胶，即便我们有最先进的EUV光刻机也是形同虚设， 光刻胶是除了光刻机之外的第二大技术难题。

高精度光刻胶的生产技术牢牢掌握在日本手中，我国只能够生产出一些低精度的光刻胶， 高精度光刻胶的来源主要是进口 ，而据数据显示， 全球市场上高端光刻胶由90%以上是由日本和美国提供，我们也时常因此被“卡脖子”。

就是在西方强国技术封锁的情况下， 我国将光刻胶自主研发提上了日程 ，并在2019年建立光刻胶的生产基地，耗时两年后终于传来了好消息： 光刻胶已经自主研发成功 ，国产光刻胶迎来曙光，为国内半导体行业的发展带来了新的希望，一举摆脱“卡脖子”的窘境。

除了制造芯片的核心材料光刻胶得到突破以外 ，我国在芯片设备研发上也传来了利好消息 ，在全球各大芯片企业研发刻蚀机无法取得突破的同时， 我国的 中微半导体公司率先研制出了3nm刻蚀机 ，并且已经完成了原型机设计、测试工作，如此高精度的刻蚀机可以说在全球都是不可多得的存在。

有人看到这可能会有些迷茫， 刻蚀机的工作原理是什么？它突破有何意义？光刻机有何不同？

其实， 刻蚀机对于“中国芯”的研发来说，也是有着举足轻重的作用 ，刻蚀机和光刻机虽然仅仅一字之差，但是它们分别是芯片制造中两个关键流程所用到的设备。

总的来说， 光刻机就如同我们的车载导航，而刻蚀机则代表着我们的车辆 ，只要跟着导航走就能够安全到达指定地点。

随着3nm刻蚀机的问世，我国的国产芯片水平更上一层楼，同时 它的出现也让不少国人们看到了“中国芯”问世的希望。

但也有部分人表示， 有着高精度刻蚀机没有高精度光刻机，“中国芯”也难以得到实现 ，但事实真就是如此吗？

一直以来，光刻机都是生产高精度芯片的核心设备，而光刻机生产技术一直牢牢掌控在荷兰ASML公司手中，而ASML又因为与美国的协议无法对我国出口光刻机，导致我国半导体领域发展一直萎靡不振。

但是最近，我国最大的光刻机厂商上海微电子传来了好消息： 其公司自主研发的28纳米光刻机已经问世并且通过认证，预计在年底可以正式交付投入使用。

国产光刻机的问世也让许多人发出质疑， 国产光 科技 的工作效率和质量能和ASML公司的光刻机媲美吗？

值得一提的是， 上微电子所研发出的光刻机进度和ASML的DUV光刻机是一样的 ，而DUV光刻机在英特尔手中被用来制造出了10纳米芯片，台积电更是用DUV光刻机量产出了7纳米芯片。

这也就意味着， 我国只要时机成熟，完全可能由现如今的量产28纳米芯片技术跳跃到量产7纳米芯片技术。

除此之外，根据我国目前对于芯片的需求来看，28纳米的芯片已经能够满足大部分市场需求，而上 海微电子研发的这台28纳米光刻机更是让“中国芯”的实现更进一步。

如今看来，在 美国芯片禁令的影响 下，虽说 对于我国半导体事业虽说有一定影响 ，但与此同时 更加快了“中国芯”的发展进程 ，美国这一做法无疑是搬起石头砸自己的脚。

我国先后在 光刻胶、蚀刻机、光刻机 等领域取得突破，所以我国想要突破芯片国产化只是时间问题， 我国的半导体行业也正在飞速发展，等到我国打造出属于自己的芯片产业链，芯片禁令也将成为笑谈！

最后，对于美国在芯片上对我国进行打压的行为，你又有什么不同的看法呢？欢迎你们在评论区与零零柒进行探讨。

# 科技 热点评#

大家好，我是水大亦鱼大， [水大说 科技 ]创始人， 是一枚自媒体写稿人，每一篇文章都能让您读有所思，读有所获，喜欢我的文章记得点关注哦。

本文共一千多字，大家花3-5分钟就能看完，现在我们直奔主题！

那么，问题来了，这个结论从何而来呢？

接下来，我将通过三个维度来分析。

半导体是一种导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，也是芯片的原材料。

半导体这种材料，可以制成集成电路、光电器件、分立器件、传感器等具体产品。所以半导体芯片，可以看成是一个行业。

先说下国家目标，2025年要实现芯片自给率70%，而目前只有30%，空间巨大。

从这个上面的国家目标中，我们可以看出半导体，在我国的发展前景是非常好的。

那么，问题来了，投资半导体，到底赚不赚钱？

答案：非常赚钱。

从上面的例子中，我们可以看出，投资半导体非常赚钱。

虽然，上面我们讲到了，这些年投资芯片的回报率是很高的（投资需谨慎），但是，从全行业来看，半导体和芯片并不是一个特别赚钱的行业。其实，比半导体更赚钱的行业还有很多。

同时，半导体不是谁想做就能做的，不然芯片就跟白菜一样烂大街了，这里边有很多的技术难关需要攻克。

在国内，半导体行业还有很大的发展空间，因为国家在大力扶持自主研发芯片。近年来，随着材料生产、器件制备等技术的不断突破，第三代半导体的性价比优势逐渐显现并正在打开应用市场。

未来，将广泛应用于5G基站、新能源 汽车 、特高压、数据中心等场景，而我国正好也在大力支持新能源 汽车 的发展。

国内半导体行业，未来可期！

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