我國科學家在可視化原子尺度制造方面取得新進展

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

濕法刻蝕廣泛應用于半導體制造等重要領域，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構。而當前7 nm、5 nm等先進晶體管器件對于內部金屬、半導體和介電層等結構的幾何尺寸具有亞納米級的嚴苛精度要求。微納尺度的固-液-氣反應是集成電路濕法刻蝕制造中的基本物理化學過程，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，所以一直缺乏對反應動力學的定量分析和對三相界面處氣體傳輸機制的準確理解。

孫立濤教授團隊基于自主搭建的原位電子顯微學系統，實時觀察了納米氣泡可顯著加速（～20倍）濕法刻蝕的全過程，從原子尺度揭示了刻蝕過程中完整的固-液-氣三相反應機制。研究團隊通過試驗發現，僅當納米氣泡與固體之間的距離小于臨界尺寸（～1 nm）時，刻蝕速率才顯著提升（一個量級以上）;否則，刻蝕速率幾乎不變。結合大量試驗定量分析和分子動力學模擬，提出范德華力誘導的氣體分子“類遂穿”效應是加速刻蝕反應的主要原因，對日常生活中常見的各類三相反應現象的準確理解提供了試驗依據。該成果有望大幅提升濕法刻蝕技術在刻蝕方向、尺寸的可控性，為建立工藝參數-結構尺寸模型，加速工藝研發提供基礎支撐作用，也為未來微納加工領域提供了一種新技術。