小型无掩膜光刻直写系统（MicroWriter）

小型台式无掩膜光刻直写系统（MicroWriter ML3）是英国Durham Magneto Optics公司专为实验室设计开发，为微流控、MEMS、半导体、自旋电子学等研究领域提供方便高效的微加工方案。传统的光刻工艺中所使用的铬玻璃掩膜板需要由专业供应商提供，但是在研发环境中，掩膜板的设计通常需要经常改变。无掩膜光刻技术通过以软件设计电子掩膜板的方法，克服了这一问题。与通过物理掩膜板进行光照的传统工艺不同，激光直写是通过电脑控制DMD微镜矩阵开关，经过光学系统调制，在光刻胶上直接曝光绘出所要的图案。同时其还具备结构紧凑（70cm X 70cm X 70cm）、高直写速度，高分辨率（XY：<1 um）的特点。采用集成化设计，全自动控制，可靠性高，操作简便。

 Microwriter ML3

USD 18.9万  质保期24个月

前沿进展

（一）SMALL: 高性能的具备实际应用前景的晶圆级MoS2晶体管

    原子层级的过渡金属二硫化物（TMD）被认为是下一代半导体器件的重要研究热点。然而，目前绝大部分的器件都是基于层间剥离来获取金属硫化物层，这样只能实现微米级的制备。在本文中，作者提出一种利用化学气相沉积（CVD）制备多层MoS2薄层，进而改善所制备器件的相关性能。采用四探针法测量证明接触电阻降低一个数量级。进一步，基于该法制备的连续大面积MoS2薄层，采用小型无掩膜光刻直写系统（MicroWriter ML3）构筑了顶栅极场效应晶体管（FET）阵列。研究表明其阈值电压和场效应迁移率均有明显的提升，平均迁移率可以达到70 cm2V-1s-1，可与层间剥离法制备的MoS2 FET最好结果相媲美。本工作创制了一种规模化制备二维TMD功能器件和集成电路应用的有效方法。 

 图1. (a-e) 利用CVD法制备大面积多层MoS2的原理示意及形貌结果。(g, h, i, j) 单层MoS2边界及多层MoS2片层岛的AFM测试结果，拉曼谱及光致发光谱结果

图2. 利用无掩膜激光直写系统（MicroWriter）在MoS2薄层上制备多探针（二探针/四探针）测量系统，以及在不同条件下测量的接触电阻和迁移率结果。证明所制多层MoS2的平均迁移率可以达到70 cm2V-1s-1 

图3. 利用无掩膜光刻直写系统（MicroWriter）制备的大面积规模级MoS2 FET阵列，及其场效应迁移率和阈值电压的分布性测量结果，证明该规模级MoS2 FET阵列具备优异且稳定的均一特性 

（二）Adv. Funct. Mater.: 二维超薄非层状Cr2S3纳米片的气相沉积制备与拉曼表征

    二维磁性材料在自旋磁电子学领域展现出巨大的应用价值，但是大部分已报道的磁性材料都是具备范德瓦尔斯作用的层状结构，这种结构可以通过简单的剥离方法获得。与之相反，非层状超薄磁性材料制备工艺复杂且非常稀少，其中Cr2S3就是一种典型的反铁磁性非层状材料。在本文中，作者通过改进化学气相沉积（CVD）方法，成功制备出超薄的非层状Cr2S3纳米片（厚度最薄可达2.5 nm），并深入研究了材料的Raman振动模式及热导性，同时利用无掩膜激光直写系统（MicroWriter）在材料表面制备电极结构，测试一系列相关电学特性。

图4. 超薄Cr2S3纳米片的制备流程示意图及其光学形貌和AFM表面形貌 

图5. (a) SiO2/Si基底表面的Cr2S3纳米片的AFM表面形貌，(b) 利用MicroWriter在Cr2S3纳米片上制备测量电极，测量材料随温度变化的I-V特性曲线，(c) 随温度变化的电导率测量结果及拟合曲线比较 

（三）Adv. Optical Mater.: 通过对全无机三卤钙钛矿纳米晶的调控，制备出性能优良、空气稳定及可调谐的单分子层MoS2基混合光探测器件 

    全无机三卤钙钛矿纳米晶在过去的数年间受到广泛的关注，基于其优异的光物理特性和环境稳定性，该种新材料在混合光电器件研究领域备受关注。 在本文中，作者制备出一种单层MoS2与三卤钙钛矿纳米晶结合的异质结光电器件，通过调节钙钛矿胶体浓度和表面配体量，进而实现调控该异质结器件的光电特性。在空气环境中，该异质结光电器件的光响应可达6.4×105 mA/W，同时表现出优异的热稳定性和工作稳定性。 

图6. CsPbBr3 PNC/monolayer MoS2异质结光电器件的物理结构及工作机理示意 

图7. 不同溶液浓度的钙钛矿前驱体所制备得到的异质结器件的光电特性比较

    在该异质结的制备过程中，首先需要在所制备的单层MoS2表面制备Cr/Au电极，利用小型无掩膜光刻直写系统（MicroWriter），可以将所设计的电极图案直接在MoS2层表面进行曝光，避免由与制备图形掩膜版所带来的时间及工艺成本，同时利用MicroWriter所特有的虚拟掩膜对准（Visual Mask Alignment, VMA）功能，可以在实际图形曝光过程中，准确地找到MoS2目标位置，这样极大地提高了实验设计和实施的灵活性。

图8. CsPbBr3 PNC/monolayer MoS2异质结光电器件的制备流程，红色框所示为利用无掩膜激光直写系统（MicroWriter）所制备电极结构示意

图9. （左）利用MicroWriter制备的MoS2基器件的I-V特性曲线，其中所示单层MoS2形貌及表面电极；（右）MicroWriter虚拟掩膜功能（VMA）结果示意

相关参考

1. 小型无掩膜光刻直写系统：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=297

文献汇总 

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Scientific reports, 2018, 8(1): 5924.[8] Lόpez-Mir L, Frontera C, Aramberri H, et al. Anisotropic sensor and memory device with a ferromagnetic tunnel barrier as the only magnetic element[J]. Scientific reports, 2018, 8(1): 861.[9] Xu H, Zhang H, Guo Z, et al. High‐Performance Wafer‐Scale MoS2 Transistors toward Practical Application[J]. Small, 2018, 14(48): 1803465.

 产品特点 

Focus Lock自动对焦功能  Focus Lock技术是利用自动对焦功能对样品表面高度进行探测，并通过Z向调整和补偿，以保证曝光分辨率。	光学轮廓仪  Microwriter ML3 配备光学轮廓探测工具，用于匀胶后沉积层，蚀刻层，MEMS等前道结构的形貌探测与套刻。Z向最高精度100 nm，方便快捷。
标记物自动识别 点击“Bulls-Eye”按钮，系统自动在显微镜图像中识别光刻标记。标记物被识别后，将自动将其移动到显微镜中心位置。	直写前预检查 软件可以实时显微观测基体表面，并显示预直写图形位置。通过实时调整位置、角度，直到设计图形按要求与已有结构重合，保证直写准确。
简单的直写软件 MicroWriter 由一个简单直观的Windows界面软件控制。工具栏会引导使用者进行简单的布局设计、基片对准和曝光的基本操作。该软件在Windows10系统下运行。	Clewin 掩模图形设计软件  ?  可以读取多种图形设计文件（DXF, CIF, GDSII, 等） ?  可以直接读取TIFF, BMP 等图片格式 ?  书写范围只由基片尺寸决定

产品参数                                                                       

应用案例

直写分辨率0.1μm

直写分辨率0.6μm

微电极制备                                                                                                                                   

光刻胶上的图形	Au电极（SEM）	Au电极（SEM）
设计图	光刻胶上的图形	放大图的显微结构

微结构制备 

微流通道制备