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国际研发团队开发出兼具高速度与高分辨率的“DNA辅助光刻”新技术
2018-02-08


[据美国电气与电子工程师协会科技纵览网站201822日报道]将“DNA折纸技术”与传统光刻技术结合会发生什么?这会产生一种被称为“DNA辅助光刻”(DALI)的光刻新技术,该技术除了保留有传统光刻的高速度优势,还同时具有电子束光刻的高分辨率特点。



该研究成果发表在《科学进步》杂志。一个由芬兰、丹麦和美国科学家组成的国际研发团队,利用DNA折纸技术与传统光刻技术结合,以不到10纳米的高分辨率精度,制造出几十纳米大小的构造,使得制造可编程且精确的形状成为可能。





这种方法将半导体技术领域“自下而上”进行制造的新工艺(DNA自组装结构技术)与“自上而下”进行制造的传统工艺(光刻技术)结合起来。这将给标准光刻技术和DNA折纸技术带来新的发展可能。


为了结合这两种技术,科学家们首先利用DNA折纸技术将DNA链折叠成特定形状,再把它们放置在有牺牲硅层的衬底上。



随后,在硅层上生长出氧化硅。关键在于,氧化硅在DNA折纸结构的顶部不会生长,因此硅氧化层中就形成了折纸形状的开口。



这是该过程中至关重要的一步,它将原本看似完全不同的技术捆绑在一起。从这一步开始,硅氧化物层就被作为硬掩膜,就如同在传统光刻技术中一样,可以被用于更多的标准制造步骤了。



在这个过程的最后一步,金属蒸汽通过这些没有覆盖氧化硅的开口进去,并将所有牺牲层去除。在这个步骤之后,衬底上只留下了有原始折纸形状的金属纳米结构。



从某种意义上说,折纸技术的作用是取代速度较慢的聚焦离子束直写技术或不精确的紫外线曝光技术。



这种方法的明显好处是,DNA折纸技术具有更高的空间精确度。此外,结构的形状和大小在可见光波长范围内具有许多等离子体性质,而这些性质以前只能在红外线波长范围内才可能出现。表面等离子体光技术,涉及到利用光子撞击金属结构,减少光的波长,从而产生表面等离子体。



这种方法的另一个优点是,这种方法高度并行,因此可以想象,利用这一工艺可以一次性创造几百万个微小金属形状。这与利用电子束光刻逐个绘制每个结构形成了鲜明对比。



该方法唯一的局限在于,它是一种表面技术,这意味着无法制造金属纳米结构的胶质分散体。例如,在衬底上组织结构,形成规则晶格,目前仍不可能。



DALI技术有许多可能的新应用。例如,拉曼光谱(SERS)和生物传感的更好表面和结构,可以很容易制造出来,从而能够更高效检测低剂量材料。



而且,由于DNA折纸技术具有可完全可编程的特点,因此可以使用不同的形状来调整衬底的光学性质。这也带来了许多新的应用可能性,例如提高光学表面的荧光特性,甚至可以制造在可见光频谱范围内具有表面负折射率的超材料。



该方法在硅氧化物层形成之后,可以与所有的标准半导体制造工艺兼容。



唯一需要的额外工程,是在衬底表面进行DNA折纸制作与固定,这是化学工业的标准流程。总之,由于这种方法结合了“自下而上”和“自上而下”两种制造工艺,其商业实现也将结合半导体工业和化学工业的相关技术。(工业和信息化部电子第一研究所  王巍)



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