Microwriter ML 3小型台式无掩膜光刻机系统

Microwriter ML 3小型台式无掩膜光刻系统

小型台式无掩膜光刻系统是英国Durham Magneto Optics公司专为实验室设计开发，为微流控、SAW、半导体、自旋电子学等研究领域提供方便高效的微加工方案。

传统的光刻工艺中所使用的铬玻璃掩膜板需要由专业供应商提供，但是在研发环境中，掩膜板的设计通常需要经常改变。无掩膜光刻技术通过以软件设计电子掩膜板 的方法，克服了这一问题。与通过物理掩膜板进行光照的传统工艺不同，激光直写是通过电脑控制一系列激光脉冲的开关，在光刻胶上直接曝光绘出所要的图案。

Microwriter ML 3 是一款多功能激光直写光刻系统，具有结构小巧紧凑(70cm X 70cm X 70cm)，无掩膜直写系统的灵活性，还拥有高直写速度，高分辨率的特点。采用集成化设计，全自动控制，可靠性高，操作简便。适用于各种实验室桌面。

Microwriter产品特点

产品参数

直写分辨率1μm

直写分辨率0.6μm

微电极制备

微结构制备

微流通道制备

国内典型客户：

厦门大学

华中科技大学

复旦大学微电子学院

前沿研究与相关论文：

复旦大学微电子学院包文中教授课题组主要的研究领域包括二维层状材料的能带调控、器件工艺及应用，包括二硫化钼（MoS2），黑磷等。近日，其课题组利用小型台式无掩膜光刻直写系统（MicroWriter ML3）在新型二维层状材料MoS2的器件制备、转移和应用等方面取得了一系列瞩目的研究成果：

（一）SMALL：高性能的具有实际应用前景的晶圆级MoS2晶体管

    原子层级的过渡金属二硫化物（TMD）被认为是反相半导体器件的重要研究热点。然而，目前绝大部分的器件都是基于层间替换来获取金属硫化物层，从而只能实现微米级在这里，作者提出一种利用化学气相沉积（CVD）制备多层MoS2薄层，并改善所制备器件的相关性能。采用四探针法测量证明接触电阻降低一个数量级。进一步，通过该法制备的连续大面积MoS2薄层，采用小型无掩膜薄膜晶体管直写系统（MicroWriter ML3）构筑了顶顶晶体管场效应晶体管（FET）阵列。研究表明其阈值电压和场效应迁移率减小明显的提升，平均迁移率可以达到70 cm2V-1s-1，可与层间剥离法制备的MoS2 FET **结果相匹配的美。本工作创制了一种规模化制备二维TMD功能器件和集成电路应用的有效方法。 

 图1。（g，h，i，j）单层MoS2边界及多层MoS2片层岛的AFM测试结果，拉曼谱及光致发光谱结果

图2。利用无掩膜激光直写系统（MicroWriter）在MoS2薄层上制备多探针（二探针/四探针）测量系统，以及在不同条件下测量的接触电阻和迁移率结果。证明所制多层MoS2的平均迁移率可以达到70 cm2V-1s-1 

图3。利用无掩膜薄膜晶体管直写系统（MicroWriter）制备的大面积规模级MoS2 FET阵列，其场效应迁移率和阈值电压的分布性测量结果，证明该规模级MoS2 FET可以出色且稳定的均一特性 

（二）高级 功能 物质：二维超薄非层状Cr2S3纳米片的气相沉积制备与拉曼表征

    二维磁性材料在自旋磁电子学领域展现出巨大的应用价值，但是大部分已报道的磁性材料都是范德瓦尔斯作用的层状结构，这种结构可以通过简单的替换方法获得。与之相反，非层状超薄磁性材料制备工艺复杂且非常稀少，其中Cr2S3就是一种典型的反铁磁性非层状材料。在本文中，作者通过改进化学气相沉积（CVD）方法，成功制备出超薄的非层状Cr2S3纳米片（厚度Z薄可达2.5 nm），并深入研究了材料的拉曼振动模式及热导性，同时利用无掩膜激光直写系统（MicroWriter）在材料表面制备电极结构，测试一系列相关电学特性。

图4。超薄Cr2S3纳米片的制备流程图及其光学形貌和AFM表面形貌 

图5。（a）SiO2 / Si基表面的Cr2S3纳米片的AFM表面形貌，（b）利用MicroWriter在Cr2S3纳米片上制备测量电极，测量材料随温度变化的IV特性曲线，（c）随温度变化的电导率测量结果及拟合曲线比较 

（三）高级 Optical Mater .:通过对全无机三卤钙钛矿纳米晶的分解，制备出性能优良，空气稳定及可调谐的单分子层MoS2基混合光探测器件 

    全无机三卤钙钛矿纳米晶在过去的数年间受到广泛关注，基于其优异的光物理特性和环境稳定性，该种新材料在混合光电器件研究领域备受关注。制备出一种单层MoS2与三卤钙钛矿纳米晶结合的异质结光电器件，通过调节钙钛矿胶体浓度和表面配体量，更长的实现该异质结器件的光电特性。在空气中环境中，该异质结光电器件的光响应可达6.4×105 mA / W，同时表现出优异的热稳定性和工作稳定性。 

图6。CsPbBr3 PNC /单层MoS2异质结光电器件的物理结构及工作机理意义 

图7。不同溶液浓度的钙钛矿前驱体所制备得到的异质结器件的光电特性比较

    在该异质结的制备过程中，首先需要在所制备的单层MoS2表面制备Cr / Au电极，利用小型无掩膜薄膜晶体管直写系统（MicroWriter），可以将所设计的电极图案直接在MoS2层表面进行曝光，避免由与制备图形掩膜版所带来的时间及工艺成本，同时利用MicroWriter所特有的虚拟掩膜对准（Visual Mask Alignment，VMA）功能，可以在实际图形曝光过程中，准确地找到MoS2目标位置，这样极大地提高了实验设计和实施的替代。

图8。CsPbBr3 PNC /单层MoS2异质结光电器件的制备流程，红色框所示为利用无掩膜激光直写系统（MicroWriter）所制备的电极结构体积

图9。（左）利用MicroWriter制备的MoS2基器件的IV特性曲线，其中显示单层MoS2形貌及表面电极；（右）MicroWriter虚拟掩膜功能（VMA）结果

相关参考

1. 小型无掩膜环氧树脂直写系统：http ://www.qd-china.com/products2.aspx?id=297

近期文献汇总

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[2] Mortet V，Drbohlavova L，Lambert N等。关键词：掺硼金刚石，高电场，电导率 钻石与相关材料，2019，98：107476。

[3] Armistead FJ，De Pablo JG，GadêlhaH等。关键词：应激细胞，惯性剪切微流控测定细胞行为 生物物理杂志，2019，116（6）：1127-1135。

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