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2023年成果匯總！無掩膜直寫光刻系統助力中國科研領域取得豐碩成果
MicroWriter ML3是一款源自于劍橋大學的小型臺式無掩膜直寫光刻系統，由英國皇丶家科學院院士Russell Cowburn教授根據其在微米磁學，納米技術和光學領域超過20年的研究經驗設計而成。MicroWriter采用小巧緊湊(70cm x 70cm x 70cm)的一體化設計，適用于各種實驗室桌面。它具有高度的靈活性，擺脫了掩膜板的束縛，還擁有高直寫速度，高分辨率、全自動控制、可靠性高及操作簡便等特點，可為微流控、SAW、半導體、自旋電子學等研究領域提供方便高效的微加工方案。
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圖1. 小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3
過去一年MicroWriter在中國區的用戶在科研領域中取得了豐富的成果。根據谷歌學術的相關數據統計，2023年以中國高校和研究院所為第一單位發表在Nature Protocol、 Nature Materials、 Science Advance、 Nature Communication、 Advanced Science、 Advanced Materials、 Advanced Functional Materials、 Nano Letter等SCI文章共50余篇。相關研究主要涉及微流控芯片、功能器件和新型材料等領域。在微流控領域的研究中，MicroWriter主要用于病毒快速檢測，可穿戴柔性血糖監控，外泌體檢測，和細菌檢測等微流控器件的制備。在功能器件方面，MicroWriter被用于各類傳感器的制備，例如有害氣體傳感器，應力傳感器，壓電傳感器，免疫傳感器，光電傳感器，磁學傳感器，化學催化傳感器和壓電聲學傳感器。此外，MicroWriter還被研究人員廣泛地用于制備大規模二維材料場效應器件，量子霍爾效應器件，Micro LED和存儲器件。在新材料和基礎研究方面，MicroWriter常被用于材料的NV色心研究、二維材料的霍爾效應研究、二維材料的新型光電性能研究以及具有高介電常數的新型絕緣材料等相關研究。這些優秀成果充分證明了Microwriter的強大功能和廣泛的適用性。下文我們根據2023年中國區MicroWriter用戶所發表的文章來介紹MicroWriter的特色功能。
MicroWriter光刻精度
MicroWriter擁有0.4 μm，0.6 μm，1 μm，2 μm和5 μm多個曝光鏡頭，以滿足科研的不同需求。圖2展示了從0.6 μm到5 μm鏡頭所曝光的不同尺寸的微納結構。圖3展示了用0.4 μm鏡頭所曝光的點和線的陣列。
圖2. MicroWriter用0.6微米到5微米鏡頭所曝光的不同尺寸的微納結構
圖3. MicroWriter用0.4微米鏡頭所曝光的點和線的陣列
為了同時保證光刻的精度和速度，MicroWriter擁有組合曝光功能，使用較低精度的鏡頭去曝光大面積圖案，對精度要求較高部分則可用精度較高的鏡頭完成曝光。圖4是利用組合曝光功能所獲得的光刻圖案，其中大尺寸結構的曝光是用2 μm鏡頭完成，小結構的曝光是用0.6 μm鏡頭完成。
圖4. 利用MicroWriter組合曝光功能所制備的光刻圖形
利用上述功能，2023年復旦大學相關課題組在Nature Materials上發表了在12英寸晶圓上制備MoS2集成電路的相關工作。圖5為該工作利用MicroWriter所制備的微結構圖形。
圖5. 相關論文信息和利用MicroWriter在大尺寸晶圓上制備的微納結構
為了保證大尺寸光刻團的連續性和質量，MicroWriter自帶優化算法。開啟后相鄰直寫區域的拼接處無明顯痕跡，相關曝光圖形的邊緣質量也得以改善，如圖6所示。
圖6. MicroWriter相鄰直寫區域的拼接痕跡和曝光結構邊緣的優化結果
MicroWriter套刻功能
在制備各類微納器件的時候，往往需要在相應的位置制備電極，此時就需要高效且精準的對準功能。MicroWriter自帶的虛擬掩模系統可以很好地完成相應的任務。如圖7所示，在曝光前，就可以看到即將曝光圖形的位置。如果位置不如預期，可以進行調整，直至符合預期為止。
圖7. 虛擬掩模系統顯示的曝光圖形位置（左）和實際曝光位置（右）
運用虛擬掩模功能，南方科技大學相關課題組實現了多層二維材料所形成的異質范德瓦爾斯結構的套刻，并研究了相關的強光電效應，文章發表于Nature Communications。圖8展示了該工作中使用MicroWriter所制備的電極。
圖8. 相關論文信息和利用MicroWriter的虛擬掩模功能所制備的電極
多種光源
MicroWriter配有多種波長光源，可根據科研的實際需求進行光源的選擇。對于微流控等領域通常需要用到負性光刻膠，如SU8。MicroWriter在制備負性光刻膠的相關結構方面也有著不俗的表現。圖9中展示的是利用365 nm光源所制備的SU8負性光刻膠的微納結構。
圖9. MicroWriter的不同光源和制備的SU8負性光刻膠微納結構
2023年上海中科院研究所相關課題組，利用MicroWriter制備了復雜的SU8微納結構，然后再經過PDMS的倒模，制備出相應的微流控器件，用于微流控的動態監測。
圖10. 相關論文信息和利用MicroWriter所制備的微流控芯片
其他功能
除上述功能外，MicroWriter還支持最高256階的灰度光刻，幫助您輕松實現三維結構的制備。MicroWriter還支持在不同基底上進行光刻，例如玻璃基底和鉻板基底，可以更加輕松、靈活的完成實驗。
圖11. MicroWriter的灰度光刻結構
圖12. MicroWriter在玻璃和鉻板基底上的光刻結果
總結
綜上所述，MicroWriter能夠很好地滿足各類科研中制備微納結構的需求，是研究人員的得力助手。在此，Quantum Design中國公司的MicroWriter團隊預祝MicroWriter的新老用戶在新的一年中取得更好的科研成果。團隊將一如既往地提供高水平的售后和技術服務支持，為超過100個單位的200余臺MicroWriter提供保障。感謝各位用戶對MicroWriter的信任。
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