清華新聞網(wǎng)8月14日電 金屬氧化物薄膜晶體管（TFTs）因其在集成電路領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而備受矚目。如何實現(xiàn)低成本且高精度的TFTs制造，已成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的焦點。近日，清華大學(xué)機械工程系路新春教授團隊柴智敏副教授在基于表面能誘導(dǎo)定向組裝的電子器件微納制造領(lǐng)域取得進(jìn)展。其提出一種基于濕度控制的“表面能導(dǎo)向組裝”（surface energy-directed assembly，SEDA）工藝（圖1），全溶液制備了分辨率800nm、線邊緣粗糙度16nm的電子器件，邊緣粗糙度優(yōu)于目前印刷電子工藝兩個數(shù)量級，為微納制造開辟了一條高分辨率、高形狀精度和低成本的新路徑。
圖1.基于SEDA工藝制造高分辨率和高形狀精度金屬氧化物圖案
研究發(fā)現(xiàn)，在SEDA過程中，液滴干燥時的環(huán)境濕度嚴(yán)重影響了圖案的保真度。在低濕度條件下，溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)的“咖啡環(huán)”效應(yīng)，有助于在液滴邊緣積累更多的溶質(zhì)，從而形成清晰、高保真的圖案。通過優(yōu)化SEDA工藝，研究人員不僅實現(xiàn)了單層金屬氧化物圖案加工，還實現(xiàn)了四層結(jié)構(gòu)圖案化制造。以氧化銦（In2O3）作為半導(dǎo)體溝道、氧化銦錫（ITO）作為源/漏極和柵極、氧化鋁（Al2O3）作為介電層的全溶液加工TFTs和基于TFTs的門電路（圖2），均實現(xiàn)了優(yōu)異的器件性能。
圖2.使用SEDA工藝制造的全氧化物TFT邏輯門電路
近日，相關(guān)研究成果以“通過濕度控制制備亞微分辨率和納米保真度的全溶液加工電子器件，表面能導(dǎo)向組裝過程”（All-Solution-Processed Electronics with Sub-Microscale Resolution and Nanoscale Fidelity Fabricated Via a Humidity Controlled, Surface Energy-Directed Assembly Process）為題，發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會納米快報》（ACS Nano）上。
清華大學(xué)機械工程系路新春教授團隊2022級博士生張經(jīng)緯、王廣基為論文共同第一作者，柴智敏為論文通訊作者。研究得到國家自然科學(xué)基金青年項目等的經(jīng)費支持。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c04936
供稿：機械系
題圖設(shè)計：趙存存
編輯：李華山
審核：郭玲
