一支中美聯合研究團隊日前發佈了一種新型半導體製造方法，旨在突破傳統晶片製造的限制。根據該團隊的說法，這項技術將為高性能光電和集成電子設備的構建開闢全新方向。這種方法旨在克服當今以光刻為基礎的工藝的主要弱點，這些工藝雖然主導了現代半導體生產，但在處理脆弱的下一代材料時面臨挑戰。
在標準光刻中，激光通過垂直打擊表面來雕刻電路圖案。然而，光的側向散射可能導致無法控制的損壞，這在如鉛鹵化物鈣鈦礦等柔軟且高度敏感的材料中尤為嚴重。研究人員重新思考了在納米尺度上如何形成結構，旨在實現更精確的圖案化，為當前工具難以實現的複雜設備架構鋪平道路。
鉛鹵化物鈣鈦礦被視為下一代電子產品的突破性材料，當以二維晶格排列時，具有卓越的光電性能。然而，這些材料柔軟且化學不穩定的特性，使其在納米尺度上的精確加工極為困難，限制了其在先進半導體設備中的應用。來自中國科學技術大學、上海科技大學和普渡大學的國際研究團隊在《自然》雜誌上報告了這些新發現。
新開發的工藝通過在材料內部形成受控的橫向微結構來克服這一障礙。傳統半導體製程方法通常設計用於剛性無機材料，對於精緻的二維鈣鈦礦來說，這些方法往往過於激烈。光刻技術利用光來圖案化表面，強力化學溶劑的應用也可能輕易損壞或降解這些柔軟不穩定的材料。為了尋找不會損害這些脆弱材料的解決方案，國際研究團隊引入了一種更溫和的製造方法，稱為自蝕刻技術。
這種方法使得在不造成傳統技術損害的情況下，實現精確的圖案化。儘管如此，昂貴的光刻技術仍然主導著下一代晶片製造。根據一位在歐洲頂尖公司的半導體設備整合與設計領域的中國專家，行業仍然依賴極紫外光（EUV）光刻系統和高度複雜的蝕刻工具，以實現尖端結果。
這位專家指出，對傳統工藝的深度依賴已經成為製造商在朝著更小、更複雜的設備架構邁進時的結構性瓶頸。來自中國科學技術大學的材料科學家張淑晨在接受國家新聞社新華社訪問時表示，這項研究創造了一個新的材料平台和設計路徑，為高性能的發光和顯示設備鋪平道路。
自蝕刻技術利用了在鈣鈦礦晶體內部自然積累的內部應力。該過程不是從外部強行切割，而是類似於利用岩石中的隱藏斷層線來引導精確的控制性破裂。通過這種方法，團隊能夠創造出像素單元，其顏色和亮度可以精確調整，最終製作出看起來像馬賽克的單晶圓片，由不同的鈣鈦礦區域組成，每個區域都有其獨特的發光行為。
此外，這種控制水平標誌著朝著更小、更高效的光電設備邁出了關鍵一步，包括下一代顯示器和發光二極管。這項研究的進展不僅突破了傳統製造的界限，更預示著未來電子產品的潛力與可能性。
