开门红!芯片上电路能“想用啥就画啥”?

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动辄成百上千道工序,无疑抬高了小小芯片设计与研发的技术门槛,一定程度上阻碍了新材料在未来芯片技术中迭代。最近,中国科学家团队发明了一种新方法,给一根尖端只有几纳米的金属探针加上电,就能通过特殊的薄膜“画布”直接将设计好的新型半导体功能器件“画”出来,如此制成的芯片只需简单封装之后即可使用——像不像童话中的神笔马良?

今天凌晨,国际著名学术期刊《自然-电子学》发表了相关论文。

走进中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,记者看到了这种神奇的薄膜“画布”:科研人员把不粘锅涂层的“近亲”——化学名称为“聚偏氟乙烯”的透明溶液,轻轻涂在指甲盖大小的新型半导体材料表面,待液体像指甲油一样干透后,即形成纳米厚度的薄膜,就将其放入装有纳米探针的装置内——这就是那支神奇的“画笔”。

开门红!芯片上电路能“想用啥就画啥”?

▲加上电压的纳米探针能够在芯片“画布”上“画”出设计好的集成电路

通过电脑屏幕,记者看到在短短几分钟内,一幅事先设计好的心形图案已画成了芯片。

开门红!芯片上电路能“想用啥就画啥”?

▲在不同波段探测到的“画”在薄膜上的极化图案

“如果画上的是设计好的光电功能器件,那这片新型半导体芯片经过封装,就可以‘上岗’使用了。”该课题的牵头负责人、中科院上海技物所王建禄研究员告诉记者,因为聚偏氟乙烯薄膜一旦被加上电压之后,就会产生类似电池正负极的极化有序排列——按照极化方向不同,排列出规整的图案。而且,电压撤掉之后,已经形成的有序极化排列也不会消失。这些极化诱导的电场,可以持续作用在新型半导体材料上,直到下一次带电探针来重新“画”功能图形。

王建禄说,这层具有极性的薄膜就像一张纳米厚度的神奇画布,纳米探针类似于画笔,运用纳米画笔可以在画布上任意作画,而且画布可以反复擦写。画作也就是各类微纳器件,可以是光电子探测器,也可以是存储器。

开门红!芯片上电路能“想用啥就画啥”?

▲已在特殊薄膜“画布”上制作好的电路

据介绍,利用这种方法制备出的光电探测器,响应率是同类器件的 300 倍。“未来信息处理传输,可能以全光方式来实现,数据信息处理能力将超乎我们的想象,需要用到高灵敏的节点探测器件,这将可能是很好的备选技术。”王建禄说,这种方法还能发展出“电写,光读”的存储器,其存储密度理论上可以较现有的光盘存储容量提升四五倍。

此外,与复旦大学微电子学院周鹏教授合作,将这种技术嵌入式应用于新型准非易失存储,断电数据保存时间可超过 100 秒。如果未来将这类准非易失存储应用于电脑内存,即使系统发生故障,电脑需要重启,也能为挽救没有及时保存的文档争取到时间。

这项研究由中国科学院上海技术物理研究所与复旦大学、华东师范大学、南京大学,中国科学院微电子所等多个课题组合作完成。

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