我國(guó)科學(xué)家在可視化原子尺度制造方面取得新進(jìn)展

東南大學(xué)孫立濤教授團(tuán)隊(duì)及合作者在可視化原子尺度制造原理及工藝方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Solid-liquid-gas reaction accelerated by gas molecule tunneling-like effect為題，于2022年5月26日發(fā)表在《自然·材料》（Nature Materials）期刊上。

濕法刻蝕廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造等重要領(lǐng)域，但濕法刻蝕方向選擇性有限，很難得到尺寸精確可控的微納結(jié)構(gòu)。而當(dāng)前7 nm、5 nm等先進(jìn)晶體管器件對(duì)于內(nèi)部金屬、半導(dǎo)體和介電層等結(jié)構(gòu)的幾何尺寸具有亞納米級(jí)的嚴(yán)苛精度要求。微納尺度的固-液-氣反應(yīng)是集成電路濕法刻蝕制造中的基本物理化學(xué)過(guò)程，在大氣腐蝕、生物有氧呼吸、光催化、燃料電池等自然界和工業(yè)界也廣泛存在。由于在納米尺度追蹤三相界面的演變非常困難，所以一直缺乏對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的定量分析和對(duì)三相界面處氣體傳輸機(jī)制的準(zhǔn)確理解。

孫立濤教授團(tuán)隊(duì)基于自主搭建的原位電子顯微學(xué)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)觀察了納米氣泡可顯著加速（～20倍）濕法刻蝕的全過(guò)程，從原子尺度揭示了刻蝕過(guò)程中完整的固-液-氣三相反應(yīng)機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅當(dāng)納米氣泡與固體之間的距離小于臨界尺寸（～1 nm）時(shí)，刻蝕速率才顯著提升（一個(gè)量級(jí)以上）;否則，刻蝕速率幾乎不變。結(jié)合大量試驗(yàn)定量分析和分子動(dòng)力學(xué)模擬，提出范德華力誘導(dǎo)的氣體分子“類遂穿”效應(yīng)是加速刻蝕反應(yīng)的主要原因，對(duì)日常生活中常見(jiàn)的各類三相反應(yīng)現(xiàn)象的準(zhǔn)確理解提供了試驗(yàn)依據(jù)。該成果有望大幅提升濕法刻蝕技術(shù)在刻蝕方向、尺寸的可控性，為建立工藝參數(shù)-結(jié)構(gòu)尺寸模型，加速工藝研發(fā)提供基礎(chǔ)支撐作用，也為未來(lái)微納加工領(lǐng)域提供了一種新技術(shù)。