期刊：Nature communication IF 14.92

文章DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26230-x

 

【引言】

石墨烯的发现为人类打开了二维材料的大门，经历十多年的研究，二维材料表现出的各种优良性能越来越吸引科研学者。然而，在工业上大规模应用二维材料仍然存在着很多问题，所制成的器件不能符合工业标准。

 

【成果简介】

近日，复旦大学包文中教授课题组利用机器学习 (ML) 算法优化了二维半导体（MoS2）顶栅场效应晶体管 (FET)的制备工艺，并采用工业标准设计流程和工艺进行了晶圆级器件与电路的制造和测试。文章以《Wafer-scale functional circuits based on two dimensional semiconductors with fabrication optimized by machine learning》为题发表于Nature Communications。本文中，晶圆尺寸器件制备的优化是先利用机器学习指导制造过程，随后使用小型台式无掩膜光刻机MicroWriter ML3进行制备，优化了迁移率、阈值电压和亚阈值摆幅等性能。

 

【图文导读】

图1. 制备MoS2 FETs的总流程图。（a）CVD法制备晶圆尺寸的MoS2。（b）MoS2场效应管的各种截面图。（c）晶体管的表现和各类参数的关系。（d）从材料制备到芯片制备和测试的优化反馈循环。

图2. MoS2 FETs的逻辑电路图。（a），（b），（c）和（d）各类电压对器件的影响。（e）使用MicroWriter ML3无掩膜激光直写机制备的正反器和（f）相应实验结果（g）使用MicroWriter ML3无掩膜激光直写机制备的加法器和（h）相应的实验结果。

图3. 利用MoS2 FETs制备的模拟，储存器和光电电路。（a）使用无掩膜光刻机制备的环形振荡器和（b）相应的实验结果。（c）基于MoS2 FETs制备的存储阵列和（d-f）相应的实验结果。（g）利用MicroWriter ML3制备的光电电路和（h-i）相应的表现结果。

图4. 使用MicroWriter ML3无掩膜激光直写机在晶圆上制备MoS2场效应管。（a）在两寸晶圆上制备的基于MoS2场效应管的加法器。（b），（c）和（d）在晶圆上制备加法器的运算结果。

 

【结论】

随着二维材料的应用和人工智能在各领域的迅速发展，如何快速开发出符合实验设计的原型芯片结构变得十分重要。由于实验过程中需要及时修改相应的参数，得到优化的实验结果，所以十分依赖灵活多变的光刻手段。从上文中可以看出，小型台式无掩膜光刻机MicroWriter ML3可以帮助用户快速实现各类逻辑结构的开发，助力微电子相关领域的研究。

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鉴于第1套小型台式无掩膜光刻机ML3系统的优良性能和高成果产出，课题组相关研究团队继续紧追热点，把握时机再添置一套英国DMO公司新款小型台式无掩膜光刻机-ML3 Pro+0.4 μm专业版系统，力争更优的器件性能，图中所示是目前已交付正常使用的全新版系统。希望能够助力研究团队取得重要进展！

领域：电子/电器/半导体

标签：激光直写光刻机,无掩膜光刻,小光刻机,微纳加工,二维半导体