我院詹东平教授课题组在电化学微纳制造研究方面取得重要进展，相关成果“Direct Nanomachining on Semiconductor Wafer By Scanning Electrochemical Microscopy”以VIP文章发表于《德国应用化学》 (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.202008697)。
采用SECM三维直写技术在的GaAs晶圆上制做Allen J. Bard教授的微型雕像
能量束直写是目前微纳器件内部三维功能结构的主流制造方法。然而，等离子体束、激光束、电子束、离子束等直写加工技术，其高能材料去除方式，不仅造成残余应力、表面和亚表面损伤，损害微纳结构的功能，而且设备成本高昂，操作工序复杂。化学能的释放方式较为柔和，电化学加工方法可以有效避免上述技术问题。长期以来，由于未能深刻认识电化学反应进程和复杂轨迹机械运动之间的内在耦合关系，电化学在三维微纳米功能结构的直写加工中未能发挥其技术优势。
课题组在深入研究田昭武先生“约束刻蚀剂层技术”（CELT）反应体系的热力学和动力学性质的基础之上，揭示了约束反应进程和复杂轨迹机械运动之间的耦合关系，优化电化学反应条件和复杂轨迹机械运动参数，使电化学反应的去除速率在特定运动条件下遵循Faraday定律，从而将电化学反应参数作为反馈信号，与复杂轨迹机械运动实现闭环控制，进而将任意型面三维微纳米结构转换成空间分布的电势/电流分布，实现了微纳米精度的电化学直写加工。研究团队还发展了以机械接触力为反馈机制的三维几何成像技术——扫描力显微镜（SFM），即具有三维微纳米成像精度的轮廓仪，实现了在线检测和加工精度分析，进而对所目标微纳结构进行检验和修正。本方法不仅适用于砷化镓晶圆，还适用于硅和GaP、InP、GaInP等晶圆，在半导体器件微纳加工中具有重要应用价值。
图1 在GaAs晶圆上采用SECM直写技术加工的具有规则型面的微光学阵列元件
图2 采用SFM对图1中微光学阵列元件所做的加工精度分析
本工作由我院詹东平教授和哈尔滨工业大学精密工程研究所闫永达教授组成的攻关团队合作完成，论文第一作者是我校航空航天学院韩联欢助理教授。研究工作得到国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目（21827802）和中央高校基本科研业务费（20720190023）等资助。
论文链接：http://dx.doi.org/10.1002/anie.202008697
