期刊：Nature communication IF 14.92
文章DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26230-x
【引言】
石墨烯的發(fā)現(xiàn)為人類打開了二維材料的大門，經(jīng)歷十多年的研究，二維材料表現(xiàn)出的各種優(yōu)良性能越來越吸引科研學(xué)者。然而，在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用二維材料仍然存在著很多問題，所制成的器件不能符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，復(fù)旦大學(xué)包文中教授課題組利用機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 算法優(yōu)化了二維半導(dǎo)體（MoS2）頂柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET)的制備工藝，并采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流程和工藝進(jìn)行了晶圓器件與電路的制造和測(cè)試。文章以《Wafer-scale functional circuits based on two dimensional semiconductors with fabrication optimized by machine learning》為題發(fā)表于Nature Communications。本文中，晶圓尺寸器件制備的優(yōu)化是先利用機(jī)器學(xué)習(xí)指導(dǎo)制造過程，隨后使用小型臺(tái)式無(wú)掩膜光刻機(jī)MicroWriter ML3進(jìn)行制備，優(yōu)化了遷移率、閾值電壓和亞閾值擺幅等性能。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1. 制備MoS2FETs的總流程圖。（a）CVD法制備晶圓尺寸的MoS2。（b）MoS2場(chǎng)效應(yīng)管的各種截面圖。（c）晶體管的表現(xiàn)和各類參數(shù)的關(guān)系。（d）從材料制備到芯片制備和測(cè)試的優(yōu)化反饋循環(huán)。
圖2. MoS2FETs的邏輯電路圖。（a），（b），（c）和（d）各類電壓對(duì)器件的影響。（e）使用MicroWriter ML3無(wú)掩膜激光直寫機(jī)制備的正反器和（f）相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（g）使用MicroWriter ML3無(wú)掩膜激光直寫機(jī)制備的加法器和（h）相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖3. 利用MoS2FETs制備的模擬，儲(chǔ)存器和光電電路。（a）使用無(wú)掩膜光刻機(jī)制備的環(huán)形振蕩器和（b）相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（c）基于MoS2FETs制備的存儲(chǔ)陣列和（d-f）相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（g）利用MicroWriter ML3制備的光電電路和（h-i）相應(yīng)的表現(xiàn)結(jié)果。
圖4. 使用MicroWriter ML3無(wú)掩膜激光直寫機(jī)在晶圓上制備MoS2場(chǎng)效應(yīng)管。（a）在兩寸晶圓上制備的基于MoS2場(chǎng)效應(yīng)管的加法器。（b），（c）和（d）在晶圓上制備加法器的運(yùn)算結(jié)果。
【結(jié)論】
隨著二維材料的應(yīng)用和人工智能在各領(lǐng)域的迅速發(fā)展，如何快速開發(fā)出符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原型芯片結(jié)構(gòu)變得十分重要。由于實(shí)驗(yàn)過程中需要及時(shí)修改相應(yīng)的參數(shù)，得到優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以十分依賴靈活多變的光刻手段。從上文中可以看出，小型臺(tái)式無(wú)掩膜光刻機(jī)MicroWriter ML3可以幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)各類邏輯結(jié)構(gòu)的開發(fā)，助力微電子相關(guān)領(lǐng)域的研究。
鑒于第1套小型臺(tái)式無(wú)掩膜光刻機(jī)ML3系統(tǒng)的優(yōu)良性能和高成果產(chǎn)出，課題組相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)緊追熱點(diǎn)，把握時(shí)機(jī)再添置一套英國(guó)DMO公司新款小型臺(tái)式無(wú)掩膜光刻機(jī)-ML3 Pro+0.4 μm專業(yè)版系統(tǒng)，力爭(zhēng)更優(yōu)的器件性能，圖中所示是目前已交付正常使用的全新版系統(tǒng)。希望能夠助力研究團(tuán)隊(duì)取得重要進(jìn)展！
相關(guān)產(chǎn)品
1. 小型臺(tái)式無(wú)掩膜光刻機(jī)- MicroWriter ML3
