微纳光电功能器件可以擦掉重“画” 为未来芯片制造添新招

动辄成百上千道工序，无疑抬高了小小芯片设计与研发的技术门槛，一定程度上阻碍了新材料在未来芯片技术中迭代。最近，中国科学家团队发明了一种新方法，给一根尖端只有几纳米的金属探针加上电，就能通过特殊的薄膜“画布”直接将设计好的新型半导体功能器件“画”出来，如此制成的芯片只需简单封装之后即可使用——像不像童话中的神笔马良？

今天凌晨，国际著名学术期刊《自然-电子学》发表了相关论文。

走进中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，记者看到了这种神奇的薄膜“画布”：科研人员把不粘锅涂层的“近亲”——化学名称为“聚偏氟乙烯”的透明溶液，轻轻涂在指甲盖大小的新型半导体材料表面，待液体像指甲油一样干透后，即形成纳米厚度的薄膜，就将其放入装有纳米探针的装置内——这就是那支神奇的“画笔”。

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加上电压的纳米探针能够在芯片“画布”上“画”出设计好的集成电路

通过电脑屏幕，记者看到在短短几分钟内，一幅事先设计好的心形图案已画成了芯片。

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在不同波段探测到的“画”在薄膜上的极化图案

“如果画上的是设计好的光电功能器件，那这片新型半导体芯片经过封装，就可以‘上岗’使用了。”该课题的牵头负责人、中科院上海技物所王建禄研究员告诉记者，因为聚偏氟乙烯薄膜一旦被加上电压之后，就会产生类似电池正负极的极化有序排列——按照极化方向不同，排列出规整的图案。而且，电压撤掉之后，已经形成的有序极化排列也不会消失。这些极化诱导的电场，可以持续作用在新型半导体材料上，直到下一次带电探针来重新“画”功能图形。

王建禄说，这层具有极性的薄膜就像一张纳米厚度的神奇画布，纳米探针类似于画笔，运用纳米画笔可以在画布上任意作画，而且画布可以反复擦写。画作也就是各类微纳器件，可以是光电子探测器，也可以是存储器。

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已在特殊薄膜“画布”上制作好的电路

据介绍，利用这种方法制备出的光电探测器，响应率是同类器件的300倍。“未来信息处理传输，可能以全光方式来实现，数据信息处理能力将超乎我们的想象，需要用到高灵敏的节点探测器件，这将可能是很好的备选技术。”王建禄说，这种方法还能发展出“电写，光读”的存储器，其存储密度理论上可以较现有的光盘存储容量提升四五倍。

此外，与复旦大学微电子学院周鹏教授合作，将这种技术嵌入式应用于新型准非易失存储，断电数据保存时间可超过100秒。如果未来将这类准非易失存储应用于电脑内存，即使系统发生故障，电脑需要重启，也能为挽救没有及时保存的文档争取到时间。

这项研究由中国科学院上海技术物理研究所与复旦大学、华东师范大学、南京大学，中国科学院微电子所等多个课题组合作完成。

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