MicroWriter ML3是一款源自于劍橋大學(xué)的小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)，由英國皇丶家科學(xué)院院士Russell Cowburn教授根據(jù)其在微米磁學(xué)，納米技術(shù)和光學(xué)領(lǐng)域超過20年的研究經(jīng)驗設(shè)計而成。MicroWriter采用小巧緊湊(70cm x 70cm x 70cm)的一體化設(shè)計，適用于各種實驗室桌面。它具有高度的靈活性，擺脫了掩膜板的束縛，還擁有高直寫速度，高分辨率、全自動控制、可靠性高及操作簡便等特點，可為微流控、SAW、半導(dǎo)體、自旋電子學(xué)等研究領(lǐng)域提供方便高效的微加工方案。
圖1. 小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3
過去一年MicroWriter在中國區(qū)的用戶在科研領(lǐng)域中取得了豐富的成果。根據(jù)谷歌學(xué)術(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2023年以中國高校和研究院所為第一單位發(fā)表在Nature Protocol、 Nature Materials、 Science Advance、 Nature Communication、 Advanced Science、 Advanced Materials、 Advanced Functional Materials、 Nano Letter等SCI文章共50余篇。相關(guān)研究主要涉及微流控芯片、功能器件和新型材料等領(lǐng)域。在微流控領(lǐng)域的研究中，MicroWriter主要用于病毒快速檢測，可穿戴柔性血糖監(jiān)控，外泌體檢測，和細(xì)菌檢測等微流控器件的制備。在功能器件方面，MicroWriter被用于各類傳感器的制備，例如有害氣體傳感器，應(yīng)力傳感器，壓電傳感器，免疫傳感器，光電傳感器，磁學(xué)傳感器，化學(xué)催化傳感器和壓電聲學(xué)傳感器。此外，MicroWriter還被研究人員廣泛地用于制備大規(guī)模二維材料場效應(yīng)器件，量子霍爾效應(yīng)器件，Micro LED和存儲器件。在新材料和基礎(chǔ)研究方面，MicroWriter常被用于材料的NV色心研究、二維材料的霍爾效應(yīng)研究、二維材料的新型光電性能研究以及具有高介電常數(shù)的新型絕緣材料等相關(guān)研究。這些優(yōu)秀成果充分證明了Microwriter的強大功能和廣泛的適用性。下文我們根據(jù)2023年中國區(qū)MicroWriter用戶所發(fā)表的文章來介紹MicroWriter的特色功能。
MicroWriter光刻精度
MicroWriter擁有0.4 μm，0.6 μm，1 μm，2 μm和5 μm多個曝光鏡頭，以滿足科研的不同需求。圖2展示了從0.6 μm到5 μm鏡頭所曝光的不同尺寸的微納結(jié)構(gòu)。圖3展示了用0.4 μm鏡頭所曝光的點和線的陣列。
圖2. MicroWriter用0.6微米到5微米鏡頭所曝光的不同尺寸的微納結(jié)構(gòu)
圖3. MicroWriter用0.4微米鏡頭所曝光的點和線的陣列
為了同時保證光刻的精度和速度，MicroWriter擁有組合曝光功能，使用較低精度的鏡頭去曝光大面積圖案，對精度要求較高部分則可用精度較高的鏡頭完成曝光。圖4是利用組合曝光功能所獲得的光刻圖案，其中大尺寸結(jié)構(gòu)的曝光是用2 μm鏡頭完成，小結(jié)構(gòu)的曝光是用0.6 μm鏡頭完成。
圖4. 利用MicroWriter組合曝光功能所制備的光刻圖形
利用上述功能，2023年復(fù)旦大學(xué)相關(guān)課題組在Nature Materials上發(fā)表了在12英寸晶圓上制備MoS2集成電路的相關(guān)工作。圖5為該工作利用MicroWriter所制備的微結(jié)構(gòu)圖形。
圖5. 相關(guān)論文信息和利用MicroWriter在大尺寸晶圓上制備的微納結(jié)構(gòu)
為了保證大尺寸光刻團(tuán)的連續(xù)性和質(zhì)量，MicroWriter自帶優(yōu)化算法。開啟后相鄰直寫區(qū)域的拼接處無明顯痕跡，相關(guān)曝光圖形的邊緣質(zhì)量也得以改善，如圖6所示。
圖6. MicroWriter相鄰直寫區(qū)域的拼接痕跡和曝光結(jié)構(gòu)邊緣的優(yōu)化結(jié)果
MicroWriter套刻功能
在制備各類微納器件的時候，往往需要在相應(yīng)的位置制備電極，此時就需要高效且精準(zhǔn)的對準(zhǔn)功能。MicroWriter自帶的虛擬掩模系統(tǒng)可以很好地完成相應(yīng)的任務(wù)。如圖7所示，在曝光前，就可以看到即將曝光圖形的位置。如果位置不如預(yù)期，可以進(jìn)行調(diào)整，直至符合預(yù)期為止。
圖7. 虛擬掩模系統(tǒng)顯示的曝光圖形位置（左）和實際曝光位置（右）
運用虛擬掩模功能，南方科技大學(xué)相關(guān)課題組實現(xiàn)了多層二維材料所形成的異質(zhì)范德瓦爾斯結(jié)構(gòu)的套刻，并研究了相關(guān)的強光電效應(yīng)，文章發(fā)表于Nature Communications。圖8展示了該工作中使用MicroWriter所制備的電極。
圖8. 相關(guān)論文信息和利用MicroWriter的虛擬掩模功能所制備的電極
多種光源
MicroWriter配有多種波長光源，可根據(jù)科研的實際需求進(jìn)行光源的選擇。對于微流控等領(lǐng)域通常需要用到負(fù)性光刻膠，如SU8。MicroWriter在制備負(fù)性光刻膠的相關(guān)結(jié)構(gòu)方面也有著不俗的表現(xiàn)。圖9中展示的是利用365 nm光源所制備的SU8負(fù)性光刻膠的微納結(jié)構(gòu)。
圖9. MicroWriter的不同光源和制備的SU8負(fù)性光刻膠微納結(jié)構(gòu)
2023年上海中科院研究所相關(guān)課題組，利用MicroWriter制備了復(fù)雜的SU8微納結(jié)構(gòu)，然后再經(jīng)過PDMS的倒模，制備出相應(yīng)的微流控器件，用于微流控的動態(tài)監(jiān)測。
圖10. 相關(guān)論文信息和利用MicroWriter所制備的微流控芯片
其他功能
除上述功能外，MicroWriter還支持最高256階的灰度光刻，幫助您輕松實現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的制備。MicroWriter還支持在不同基底上進(jìn)行光刻，例如玻璃基底和鉻板基底，可以更加輕松、靈活的完成實驗。
圖11. MicroWriter的灰度光刻結(jié)構(gòu)
圖12. MicroWriter在玻璃和鉻板基底上的光刻結(jié)果
總結(jié)
綜上所述，MicroWriter能夠很好地滿足各類科研中制備微納結(jié)構(gòu)的需求，是研究人員的得力助手。在此，Quantum Design中國公司的MicroWriter團(tuán)隊預(yù)祝MicroWriter的新老用戶在新的一年中取得更好的科研成果。團(tuán)隊將一如既往地提供高水平的售后和技術(shù)服務(wù)支持，為超過100個單位的200余臺MicroWriter提供保障。感謝各位用戶對MicroWriter的信任。
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