摘要：半导体制造业迎来颠覆性技术突破。约翰·霍普金斯大学领导的国际研究团队开发出革命性的化学液体沉积工艺，成功利用金属有机材料制造出肉眼不可见的超微芯片，这一成就有望打破当前10纳米制程的技术壁垒，为未来十年内实现更小尺寸、更高性能的微芯片奠定基础。这项发表在《自然

信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250912195126.htm

半导体制造业迎来颠覆性技术突破。约翰·霍普金斯大学领导的国际研究团队开发出革命性的化学液体沉积工艺，成功利用金属有机材料制造出肉眼不可见的超微芯片，这一成就有望打破当前10纳米制程的技术壁垒，为未来十年内实现更小尺寸、更高性能的微芯片奠定基础。这项发表在《自然化学工程》上的研究成果，不仅解决了超越极紫外光刻技术的关键材料难题，更为全球半导体产业的下一轮技术革命提供了新的发展路径。

传统半导体制造工艺正面临物理极限的严峻挑战。随着芯片特征尺寸不断缩小，现有的光刻技术和材料体系已难以满足更高精度的制造需求。特别是在向更小制程节点推进的过程中，传统光敏抗蚀剂材料对高功率辐射束的响应能力不足，成为制约行业发展的关键瓶颈。研究团队通过创新的材料设计理念和制造工艺，为这一困境提供了突破性解决方案。

金属有机材料的技术革新

一个全球研究团队发现了一种利用金属有机化学和先进光束设计超小型电路的新方法，为下一代微芯片铺平了道路。图片来源：Shutterstock

研究团队的核心创新在于开发了基于咪唑类有机化合物和锌等金属元素的新型抗蚀剂材料。这种金属有机复合材料具备传统有机抗蚀剂无法企及的光敏特性，能够与超越极紫外辐射产生强烈的相互作用。当B-EUV光束照射到这种材料表面时，金属原子能够高效吸收辐射能量并产生大量电子，进而引发精确可控的化学转化反应，在硅晶圆表面形成纳米级精度的电路图案。

约翰·霍普金斯大学化学和生物分子工程布隆伯格杰出教授Michael Tsapatsis解释说，这种材料体系的独特之处在于其高度的可调控性。通过改变金属元素和有机配体的组合，研究人员可以精确调节材料对不同波长辐射的响应特性和后续化学反应的性质。这为开发针对特定制造工艺的专用抗蚀剂材料提供了广阔的设计空间。

化学液体沉积工艺的成功开发标志着半导体制造技术的重要进步。这是科学界首次实现金属有机抗蚀剂材料在硅晶圆规模上的精确沉积，并能够在纳米级别精确控制薄膜厚度。这种工艺的精确性和可重复性为大规模工业化生产奠定了坚实基础。

研究过程中，来自约翰·霍普金斯大学、华东理工大学、洛桑联邦理工学院、东吴大学、布鲁克海文国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室的科学家们通过紧密合作，结合实验研究和理论建模，系统优化了材料配方和工艺参数。这种跨学科、多机构的协作模式为复杂技术问题的解决提供了有效途径。

产业变革的深远影响

这项技术突破对全球半导体产业的影响将是深远而全面的。首先，新工艺有望显著降低先进制程芯片的制造成本。传统的极紫外光刻设备造价高昂，维护复杂，而新的材料体系能够提高制造效率，减少生产环节，从而降低整体制造成本。

其次，技术的可扩展性为未来制程节点的发展提供了清晰路径。研究团队已经确认至少有10种不同金属和数百种有机化合物可用于构建这种材料体系，这意味着存在大量可供探索的材料组合。不同的金属-有机配对可能针对不同的辐射波长表现出最优性能，为开发多样化的制造解决方案提供了可能。

Tsapatsis教授特别指出，锌虽然在传统极紫外光刻中表现平平，但在B-EUV应用中却显示出优异性能。这种波长依赖性的发现提示科学家们，许多此前被认为不适合的材料可能在新的技术框架下焕发新的活力。

从产业链角度看，这项技术的成熟将推动整个半导体制造生态系统的升级。设备制造商需要开发适配新材料的生产设备，材料供应商需要建立新的产品线，芯片设计公司则需要重新评估在更小制程节点下的设计策略。这种全产业链的协同发展将为相关企业带来新的商业机会。

技术挑战与未来展望

尽管取得了重大突破，但新技术的产业化仍面临诸多挑战。首先是规模化生产的技术难题。实验室级别的成功需要转化为可靠的工业化生产工艺，这涉及设备改造、工艺稳定性、产品一致性等多个方面。

其次是成本控制问题。虽然新工艺有望降低整体制造成本，但初期的技术转移和设备投资仍需要大量资金支持。半导体产业的高资本密集特性决定了新技术的推广需要充分的经济论证和风险评估。

质量控制和可靠性验证也是关键挑战。半导体产品对品质的要求极其严格，任何微小的缺陷都可能导致芯片功能失效。新材料和新工艺需要经过大量的测试和验证，确保产品质量达到行业标准。

展望未来，研究团队计划继续探索不同金属-有机化合物组合的性能特点，开发针对特定应用需求的专用材料。同时，他们也在与产业伙伴合作，推动技术的工程化开发和产业化应用。

这项研究的成功不仅为半导体制造技术开辟了新方向，也为其他需要超精密加工的领域提供了技术参考。随着人工智能、物联网、5G通信等技术的快速发展，对高性能芯片的需求将持续增长，这为新技术的应用提供了广阔的市场空间。

从更宏观的角度看，这项技术突破体现了基础科学研究对产业发展的重要推动作用。通过深入理解材料科学和化学工程的基本原理，科学家们能够开发出颠覆性的技术解决方案，为人类社会的技术进步做出重要贡献。

来源：人工智能学家