以“超越光刻”為導(dǎo)向，發(fā)明了電力線精準(zhǔn)遷移帶電粒子進(jìn)而構(gòu)筑三維結(jié)構(gòu)的新方法，因法拉第用筆描繪出電場線，我們反用電場線描繪三維物體，故將該技術(shù)命名為“法拉第3D 打印”。該方法另辟蹊徑，創(chuàng)新性地構(gòu)建了陣列化的“電力線畫筆”，并將帶電粒子作為構(gòu)建單元進(jìn)行原子級精度的三維構(gòu)筑。全過程只需耦合電場和流場，一次性構(gòu)筑千萬個納米級三維結(jié)構(gòu)。只需控制空間電場構(gòu)型，即可構(gòu)筑不同幾何結(jié)構(gòu)、任意材料、高深寬比的納米級三維結(jié)構(gòu)。通過改變帶電粒子的材料種類，可實現(xiàn)多材料的納米3D 打印。

將實現(xiàn)超越光刻的目標(biāo)并為下一代先進(jìn)制程芯片提供重要的制造工藝與裝備。有別于受光源波長限制的光刻工藝，“電力線畫筆”可縮至原子尺度，從而實現(xiàn)原子精度的三維結(jié)構(gòu)調(diào)控。所創(chuàng)制的團(tuán)簇或納米粒子，在原子級精度的空間電場誘導(dǎo)下，原位打印成大面積的3D 納米結(jié)構(gòu)陣列。其高精度、高通量、多材料加工的獨(dú)特能力，顛覆了傳統(tǒng)微納制造技術(shù)，有望打破先進(jìn)封裝領(lǐng)域的技術(shù)封鎖并開辟一條全新的芯片制造途徑，助力解決我國高性能芯片“卡脖子”難題！

目標(biāo)市場主要概括為：

1、 創(chuàng)制原子團(tuán)簇和納米粒子。賦能未來新材料發(fā)展！

2、 啟發(fā)微電子和芯片領(lǐng)域。其一步成型優(yōu)勢，大大簡化工藝流程，降低成本，并通過材料多樣性實現(xiàn)技術(shù)進(jìn)一步升級。

3、 拓展微納光學(xué)領(lǐng)域。推動光學(xué)超構(gòu)材料、光子晶體等先進(jìn)光學(xué)器件的應(yīng)用與開發(fā)。

研制了常溫常壓下一次性、非接觸式打印多種材料的復(fù)雜3D 納米結(jié)構(gòu)陣列的法拉第3D打印系統(tǒng)。該3D 打印是將漂浮于氣體中的帶電粒子通過流場/電場的耦合調(diào)控，將其在納米尺度原位3D 打印，實現(xiàn)了大面積打印多種材料3D 納米結(jié)構(gòu)陣列，最小線寬達(dá)12 nm，超越或逼近了最先進(jìn)的EUV的加工尺度。提出了3D納米打印的程控化方案，建立了電勢與打印納米結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系。該技術(shù)的高精度、高密度、多材料、大面積陣列化、程控化打印的優(yōu)勢，有望成為原子制造的破局者，為集成電路中的高密度微凸塊制造、下一代互聯(lián)金屬、“站立式”晶體管、微納光學(xué)領(lǐng)域等提供了新方法。

圖2 法拉第3D打印的優(yōu)勢比較

傳統(tǒng)的微納加工采用自上而下的減材制造方式，借助于主流的光刻技術(shù)，以及離子注入、鍍膜和刻蝕等工藝實現(xiàn)金屬和半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的制造，其工藝復(fù)雜，可使用材料受限，設(shè)備造價昂貴，且無法實現(xiàn)三維加工，限制了新一代三維器件的發(fā)展，而團(tuán)隊新創(chuàng)的法拉第3D打印技術(shù)采用自下而上的方式，不僅能實現(xiàn)納米級精度的3D打印功能，還具有超快加工速度，打印材料種類多等優(yōu)勢。