上海節能技術展關注到在半導體制造持續追求更低功耗與更高集成度的背景下，二維材料因其原子級厚度與優異電學特性被視為下一代芯片的核心材料。然而，傳統制造工藝中的高溫處理與有毒化學品使用嚴重制約了其產業化進程。近日，一項基于環保溶劑與紫外光固化的直接圖案化技術為二維半導體制造提供了創新解決方案。

技術原理：綠色溶劑與光敏交聯協同作用

該技術核心在于采用異丙醇作為分散介質，替代傳統半導體工藝中廣泛使用的氯苯、二甲苯等有毒有機溶劑。技術團隊設計了特異性光敏交聯劑，與二硫化鉬等二維材料形成均勻分散體系。

工藝流程圖：

環保漿料配制 → 基板圖案涂布 → 紫外光曝光固化 → 清水沖洗定型

在紫外光照射下，交聯劑分子間形成穩固的三維網絡結構，將二維材料牢牢固定在基板指定區域。未參與反應的多余材料僅需清水沖洗即可去除，實現了全程無毒化處理。

性能表現：電學特性達實用化標準

基于該技術制備的二硫化鉬晶體管展現出優異的電學性能：

載流子遷移率：20.2 cm2/V·s

開關比：270萬

閾值電壓穩定性：偏差＜5%

均勻性：晶圓級性能波動＜8%

這些指標完全滿足現代芯片對低功耗、高穩定性半導體器件的要求，特別適用于未來移動設備與物聯網終端的高密度集成場景。

工藝優勢：低溫簡流程與環保特性

與傳統二維材料加工技術相比，該方案具有三大核心優勢：

低溫環保工藝

全過程最高溫度≤80℃

使用異丙醇與水作為唯一溶劑

杜絕氫氟酸、氯苯等高危化學品

極簡制造流程

將傳統“沉積-光刻-刻蝕”多步工藝壓縮為單步圖案化

工藝周期縮短約60%

材料利用率從不足40%提升至90%以上

優異兼容性

適用于硅基、玻璃、柔性聚合物等多種襯底

可實現微米級線路精度

與現有半導體產線設備良好兼容

技術對比：與傳統工藝全方位提升

指標 傳統工藝 新型直接圖案化技術

工藝溫度 300-800℃ ≤80℃

有毒化學品 必需使用 完全避免

工藝步驟 6-8步 3步

材料利用率 30-40% >90%

能耗水平 高 降低約70%

應用前景：從高性能計算到柔性電子

該技術為二維半導體在三大領域的應用掃除了制造障礙：

高密度集成電路

利用二硫化鉬等材料的原子級厚度，實現3nm以下技術節點

大幅降低芯片靜態功耗，延長移動設備續航

柔性電子系統

低溫工藝完美匹配塑料、聚酰亞胺等柔性襯底

為可折疊顯示器、電子皮膚等創新應用提供核心器件

綠色半導體制造

建立無有毒化學品排放的生產流程

大幅降低半導體制造的水資源消耗與廢水處理成本

技術影響：重新定義半導體環保制造標準

這項紫外光固化直接圖案化技術不僅解決了二維半導體制造中的工藝兼容性問題，更重要的是建立了一種“高性能-低成本-零污染”的半導體制造新范式。隨著二維材料體系從二硫化鉬拓展至硒化鎢、黑磷等更多體系，該技術有望成為下一代芯片制造的通用平臺工藝。

上海節能技術展了解到據行業預測，基于該技術的首代商用器件預計在2028年前問世，將在可穿戴設備、物聯網傳感器等場景率先實現規模化應用，為全球半導體產業向綠色低碳轉型提供關鍵技術支撐。

來源：techxplore

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