中國科學技術大學蘇州高等研究院楊亮研究員課題組開發了一套金屬氧化物半導體激光微納制造新方法，實現了亞微米精度的ZnO半導體結構的激光打印，并且將其與金屬激光打印相結合，首次驗證了二極管、三極管、憶阻器及加密電路等微電子元器件和電路的一體化激光直寫，從而將激光微納加工的應用場景推廣到微電子領域，在柔性電子、先進傳感器，智能微機電系統等領域具有重要的應用前景。該研究成果近期以“Laser Printed Microelectronics”為題發表在《Nature Communications》上。
 

　　印刷電子是利用打印的方法制造電子產品的新興技術，滿足了新一代電子產品柔性與個性化的特征需求，將為微電子行業帶來新的技術革命。在過去的20年里，噴墨打印、激光誘導轉移(LIFT)或其他打印技術取得了長足發展，能夠在不需要潔凈室的環境下制造功能性有機物和無機微電子器件。然而，以上打印方式典型特征尺寸通常在幾十微米量級，而且常常需要高溫后處理工藝，或者依賴多種工藝結合以實現功能器件的加工。激光微納加工技術利用激光脈沖與材料的非線性作用，可以<100 nm精度實現傳統方法難以實現的復雜功能結構和器件的增材制造。但是，目前大部分激光微納加工結構是單一的聚合物材料或金屬材料。半導體材料激光直寫方法的缺失也導致目前激光微納加工技術的應用難以拓展至微電子器件領域。
 

　　圖1:金屬/半導體材料激光復合打印。a,d:金屬鉑；b,e:氧化鋅半導體; c,f:金屬銀。

 

　　在這篇論文中，楊亮研究員與德國及澳大利亞的研究人員合作，創新性地開發了激光打印作為一種功能性電子器件打印技術，在單一激光加工系統中實現了半導體(ZnO) 和導體(Pt 和 Ag)等多種材料的復合激光打印(圖1)，并且完全不需要任何高溫后處理工藝步驟，最小特征尺寸<1 μm。 這一突破使得可以根據微電子器件的功能對導體和半導體，甚至是絕緣材料的布局進行定制化設計和打印，極大地提高了微電子器件打印的精度、靈活性、可控性。在此基礎上研究團隊成功實現了二極管、憶阻器和物理不可復制加密電路的一體化激光直寫(圖2)。該技術與傳統的噴墨打印等技術兼容，并且有望推廣至多種P型、N型半導體金屬氧化物材料的打印，為復雜、大尺寸、三維功能微電子器件的加工提供了系統的新方法。
 

　　圖2:基于激光打印技術成功實現了憶阻器及物理不可復制加密電路等功能微電子器件的一體化打印。
 

　　中國科學技術大學蘇州高等研究院的楊亮研究員為論文的第一作者和共同通訊作者，合作者包括德國卡爾斯魯爾大學、德國海德堡大學以及澳大利亞昆士蘭大學的研究人員。該項研究工作得到了國家自然科學基金以及德國聯邦科學基金的支持。　(蘇州高等研究院、科研部)