随着国内各学科的发展和产业升级,相关的科研院所和企事业单位对各种微纳器件光刻加工的需求日益增多。然而,这些微纳器件光刻需求很难被传统的掩模光刻设备所满足,主要是因为拥有这类光刻需求的用户不仅需要制备出当前的样品,还需要对光刻结构进行够迅速迭代和优化。

为了满足微纳器件对光刻的需求,Quantum Design中国推出了MicroWriter ML3无掩模光刻系统作为微纳器件光刻的解决方案。与传统的掩模光刻相比,MicroWriter ML3根据用户计算机中设计的图形在光刻胶上制备出相应的结构,节省了制备光刻板所需要的时间和经费,可以实现用户对光刻结构快速迭代的需求。此外,MicroWriter ML3 可用于各类正性和负性光刻胶的曝光,最高光刻精度可达0.4μm,套刻精度±0.5μm,最高曝光速度可达180mm2/min。目前,MicroWriter ML3在国内的拥有量超过150台,被用于各类微纳器件的光刻加工。

人工智能领域器件制备

人工智能相关的运算通常需要进行大量的连续矩阵计算。从芯片的角度来说,连续矩阵运算主要需求芯片具有良好的乘积累加运算(MAC)的能力。可以说,MAC运算能力决定了芯片在AI运算时的表现。高效MAC运算可以由内存内运算技术直接实现。然而,基于的冯诺依曼计算架构的芯片在内存和逻辑运算之间存在着瓶颈,限制了内存内的高速MAC运算。理想的AI芯片构架不仅要有高效的内存内运算能力,还需要具有非易失性,多比特存储,可反复擦写和易于读写等特点。

复旦大学包文中教授课题组利用MicroWriter ML3无掩模激光直写机制备出基于单层MoS2晶体管的两晶体管一电容(2T-1C)单元构架[1]。经过实验证明,该构架十分适用于AI计算。在该构架中,存储单元是一个类似1T-1C的动态随机存储器(DRAM),其继承了DRAM读写速度快和耐反复擦写的优点。此外,MoS2晶体管极低的漏电流使得多层级电压在电容中有更长的存留时间。单个MoS2的电学特性还允许利用电容中的电压对漏电压进行倍增,然后进行模拟计算。乘积累加结果可以通过汇合多个2T-1C单元的电流实现。实验结果证明,基于此构架的芯片所训练的神经网络识别手写数字可达到90.3%。展示出2T-1C单元构架在未来AI计算领域的潜力。相关工作发表在《Nature Communication》(IF=17.694)。

图1. 两晶体管一电容(2T-1C)单元构架和使用晶圆尺寸的MoS2所制备的集成电路。

(a)使用化学气相沉积法(CVD)批量制备的晶圆尺寸的MoS2。

(b)CVD合成的MoS2在不同位置的Raman光谱。

(c)在2英寸晶圆上使用MicroWriter ML3制备的24个MoS2晶体管的传输特性。

(d)MicroWriter ML3制备的2T-1C单元显微照片。图中比例尺为100μm。

(e)2T-1C单元电路示意图,包括储存和计算模块。

(f)2T-1C单元的三维示意图,其中包括两个MoS2晶体管和一个电容组件。

(g)2T-1C单元阵列的电路图。

(h)典型卷积运算矩阵。

生物微流控领域器件制备

酿酒酵母菌是一种具有高工业附加值的菌种,其在真核和人类细胞研究等领域也有着非常重要的作用。酿酒酵母菌由于自身所在的细胞周期不同,遗传特性不同或是所处的环境不同可展现出球形单体,有芽双体或形成团簇等多种形貌。因此获得具有高纯度单一形貌的酿酒酵母菌无论是对生物学基础性研究还是对应用领域均有着非常重要的意义。

澳大利亚麦考瑞大学Ming Li课题组利用MicroWriter ML3无掩模激光直写机制备了一系列矩形微流控通道[2]。在制备的微流控通道中,通过粘弹性流体和牛顿流体的共同作用对不同形貌的酿酒酵母菌进行了有效的分类和收集。借助MicroWirter ML3中所采用的无掩模技术,课题组可以轻易实现对微流控传输通道长度的调节,优化出对不同形貌酵母菌进行分类的最佳参数。相关工作结果在SCI期刊《Analytical Chemistry》(IF=8.08)上发表。

图2.在MicroWriter ML3制备的微流控通道中利用粘弹性流体对不同形貌的酿酒酵母菌进行微流控连续筛选。

图3.在MicroWriter ML3制备的微流控流道中对不同形貌的酿酒酵母菌的分类和收集效果。

(a)为收集不同形貌酿酒酵母菌所设计的七个出口。

(b)不同形貌酵母菌在通过MicroWriter ML3制备的流道后与入口处的对比。

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