可扩展的制造技术将分子无损嵌入电子器件

美国麻省理工学院科学家开发出一种可扩展的制造技术，能将精细的分子材料无损地嵌入芯片上的电子器件内。他们利用厚度不到一纳米的分子层，制造出上千个器件，充分展示了这项新技术的稳定性与可扩展性。这一方法拓展了标准半导体工艺整合分子的能力，有望制造出结构全新、功能独特的器件。相关论文发表于新一期《自然·纳米技术》杂志。

分子是构筑下一代器件的最小单元之一，其结构和化学组成可被精准设计。这意味着，在广阔的设计空间中，它们的性能可以自如调控。一旦被集成进器件架构，这些分子便能成就更小、更快、适应性更强的下一代电子与计算平台，以及更高性能的光子器件和新兴量子技术。

但要构建这样一个功能系统，分子这一构建单元需与其他器件层集成，其中关键一步是让分子与金属表面连接。然而，传统芯片制造所需的严苛化学环境和工艺流程，往往会损伤这些脆弱的分子材料，降低器件的可靠性与性能。

为攻克这一难题，团队开发出一种解耦的两步法。他们先以传统工艺预制出器件骨架，再引入分子，并借助纳米尺度的表面力，对器件进行机械重塑，让分子在不被损伤的情况下自组装为最终器件。

在演示中，团队先制作了一个支架，两个金属电极之间留有精确设定的微小间隙。随后，他们在电极表面沉积分子层。最后，借助纳米级的力，将顶部电极轻柔地拉向分子，以无损的方式形成最终器件。这一过程创造了与分子自对准且毫无损伤的电接触。

借助这项技术，团队制造出一千多个分子层厚度不足一纳米的器件。即便在如此微小的尺度下，所制芯片的工作器件良率平均高达96%。这些坚固的器件还经受住了数万次电循环的考验，未出现任何退化迹象。这项多功能技术允许分子器件在电路和系统层面进行集成，推动了该领域从对孤立器件的研究迈入更广阔的系统时代。