戈登摩尔定律指出：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍，这就意味着未来集成电路的晶体管器件尺寸需要不断降低。传统的“top-down”的电子束曝光技术主要是利用加速电子再电子束胶上面制备纳米图案，随后利用干法/湿法刻蚀将图案转移到衬底或者薄膜上，而这其中涉及的有机溶剂处理和样品的刻蚀处理会对样品造成了不可估量的损伤，因此，发展一种无损制备无机半导体薄膜图案化的方法显得及其重要。
近日，苏州大学邹贵付教授团队和南京大学张蜡宝教授团队在ACS Nano上发表了一种基于全水环境下无刻蚀的电子束曝光技术，实现了聚合物薄膜到无机薄膜的图案化过程。作者基于传统的聚合物薄膜为出发点，通过前驱体与还原性糖作为配位共聚点，在电子束的作用下实现薄膜精准图案化，最后在经过水洗和原位退火等步骤制备出无机半导体图案化薄膜。这一策略免去了传统微纳加工技术的刻蚀等步骤，改变了传统的“Top-down”薄膜刻蚀，实现了“Bottom-up”直接图案化薄膜，为后续半导体加工技术提供了一种可行性的思路和选择。
图1. 全水环境下的无刻蚀电子束曝光技术示意图
在研究过程中，发现聚合物具有多种功能化的化学结构，可通过加入不同的金属前驱体与其配位络合，从而能够得到含有各种金属离子的前驱体溶液。并以第三代半导体氧化锌为例，制备出了不同长度的氧化锌场效应管器件，进一步佐证了该策略的扩展性和切实性。
图2. 不同的无机薄膜材料图案化
考虑到传统“Top-down”电子束曝光技术刻蚀薄膜的复杂过程，该研究团队以聚合物薄膜为出发点，设计出利用还原性的糖为共聚配位点，在电子束的作用下实现聚合物与还原性糖的共聚合反应。由于聚合物和还原性糖的可溶性，可以在全水的环境下制备出所需半导体器件。此外，聚合物还具有能够配位多种金属离子的特性，因此能够制备出多种无机半导体薄膜的图案器件。本文设计的无刻蚀电子束曝光技术不仅将聚合物薄膜与半导体图案化薄膜紧密相连，而且为今后半导体加工提供了一种全新的平台。
这一成果近期发表在ACS Nano上，文章的第一作者是苏州大学汪潇涵，通讯作者为苏州大学邹贵付教授和汤如俊教授、南京大学张腊宝教授。
论文信息：All-Water Etching-Free Electron Beam Lithography for On-chip Nanomaterials
ACS Nano 2023, 17, 5, 4933–4941 DOI: 10.1021/acsnano.2c12387
导师介绍：
邹贵付： https://www.x-mol.com/groups/Zou_Guifu