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「原子級制造迎來范式轉(zhuǎn)變」

隨著先進(jìn)電子、光子、量子技術(shù)和航空航天制造的快速發(fā)展，全球制造業(yè)正面臨挑戰(zhàn)：更高的材料精度、更復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)、更高性能與更低能耗的同時，還需具備更強(qiáng)的材料與設(shè)計(jì)靈活性。然而傳統(tǒng)的材料沉積技術(shù)在速度、真空要求、光刻步驟和材料切換等方面逐漸觸及極限。

傳統(tǒng)的圖案化工藝依賴掩膜以及刻蝕手段

為了突破瓶頸，ATLANT 3D 推出了直接原子層加工（Direct Atomic Layer Processing，DALP®）技術(shù)——能實(shí)現(xiàn)原子級精度、無掩模直接寫入、多材料原位加工的平臺。

01. 什么是 DALP®？ 一種突破性的原子級直接寫入技術(shù)

DALP® 是一種基于微噴嘴系統(tǒng)的原子級加工平臺，可實(shí)現(xiàn)選擇性沉積、蝕刻、摻雜與表面改性，并以軟件方式實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時控制。與傳統(tǒng) ALD “全表面沉積 + 光刻 + 蝕刻”的流程不同，DALP® 讓材料只在需要的位置沉積，真正實(shí)現(xiàn)“按需制造”。

DALP 的工作原理基于空間原子層沉積技術(shù)，在空間層面分離化學(xué)前體和反應(yīng)物，并利用微噴嘴系統(tǒng)將它們獨(dú)立輸送到基板上的特定位置。這確保了化學(xué)反應(yīng)僅在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)發(fā)生，從而減少交叉污染并提高精度。該工藝可實(shí)現(xiàn)微米級橫向分辨率和納米級厚度精度控制。

DALP技術(shù)基于空間原子層沉積和3D打印技術(shù)的結(jié)合

當(dāng)噴嘴在基板上移動時，材料生長或蝕刻同時發(fā)生，無需傳統(tǒng)的掩?；蚝蠊饪滩襟E即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時圖案化。這種方法具有諸多優(yōu)勢，包括局部加工、可擴(kuò)展性強(qiáng)，適用于工業(yè)應(yīng)用，并且兼容多種材料，例如金屬、氧化物和半導(dǎo)體。

「DALP® 的核心特性」

01 無掩膜直接寫入

傳統(tǒng) ALD 必須借助光刻進(jìn)行圖案化，而 DALP® 直接在選定區(qū)域生長材料，可實(shí)現(xiàn)：

• 零掩模的原子級圖案化

• 實(shí)時設(shè)計(jì)修改

• 去除光刻與蝕刻帶來的材料浪費(fèi)

• 它為快速原型開發(fā)和敏捷制造提供了靈活性

02. 單步驟多材料集成

DALP® 能夠在一次工藝中連續(xù)進(jìn)行多種 ALD 工藝沉積，涵蓋常規(guī) ALD 工藝庫：

• 金屬

• 氧化物

• 氮化物

• 硫化物

03. 軟件與 AI 驅(qū)動的自適應(yīng)制造

通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法，DALP® 能夠：

• 實(shí)時監(jiān)控沉積狀態(tài)

• 自動優(yōu)化生長參數(shù)

• 提高重復(fù)性并減少誤差

04. 支持沉積、蝕刻、摻雜、表面改性的一體化平臺

在單一系統(tǒng)中即可實(shí)現(xiàn)：

• 局部刻蝕（ALE）

• 選擇性摻雜

• 表面功能化（多組分）

05. 可擴(kuò)展、低能耗、環(huán)保

DALP® 在常壓下運(yùn)行，無需大型真空腔體，顯著降低：

• 能耗

• 維護(hù)成本

• 化學(xué)品消耗

• 廢物排放

02. DALP® 的主要應(yīng)用領(lǐng)域

DALP® 的高精度、多材料、軟件驅(qū)動特性，使其成為多個前沿產(chǎn)業(yè)的核心推動力。

01 下一代半導(dǎo)體制造

隨著摩爾定律接近物理極限，器件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)方法難以滿足需求。DALP® 能夠在無需光刻的情況下，直接寫入原子級材料，是以下應(yīng)用的理想技術(shù)：

• GAA-FET、FinFET 和 3D IC 的快速開發(fā)

• 互連與高介電材料的精確加工

• 原子級鈍化層的構(gòu)建

• 新型神經(jīng)形態(tài)芯片材料探索

其優(yōu)勢包括更高的良率、更低的材料浪費(fèi)與更快的迭代速度。

圖示為利用DALP技術(shù)進(jìn)行金屬，氧化物的梯度圖案沉積多材料器件

02. 光子學(xué)與量子器件

量子計(jì)算和光子學(xué)對材料質(zhì)量要求非常高，需要在原子尺度上控制超導(dǎo)材料、光學(xué)涂層和量子材料。DALP® 可直接寫入：

• 光波導(dǎo)

• 超導(dǎo)量子比特材料

• 可調(diào)折射率光學(xué)結(jié)構(gòu)

• 光子集成電路中的功能層

無需多腔體、多步驟，從而降低復(fù)雜度，大幅加快研發(fā)周期。

利用DALP單批次直接打印不同厚度涂層用于波導(dǎo)測試

03. MEMS、傳感器與微機(jī)電系統(tǒng)

MEMS 制造通常涉及多次光刻與深反應(yīng)刻蝕。DALP® 提供了一種更直接、更靈活的方法：

• MEMS 組件直接圖案化（加速度計(jì)、陀螺儀、諧振器）

• 微流控芯片功能層沉積

• 可穿戴與植入式傳感器的生物兼容涂層

這使 MEMS 更易于定制、更快速、更經(jīng)濟(jì)

DALP在Pt電極上沉積梯度厚度的TiO2涂層用于氣體傳感器研究

04. 納米級精度、優(yōu)異的均勻性與復(fù)雜結(jié)構(gòu)適應(yīng)性

DALP® 已在多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證其可靠性和高性能：

1.  精度與對準(zhǔn)

• 對準(zhǔn)精度目標(biāo)：~1 μm

• 可直接在樣品上沉積對準(zhǔn)標(biāo)記

2.  厚度控制

• 厚度與循環(huán)次數(shù)呈線性關(guān)系

• 10 nm 時偏差 8%

• 270 nm 時偏差降至 1%

• 3 個月后的重復(fù)偏差：4%

3. 高均勻性：多材料沉積的中心區(qū)域均勻性優(yōu)于 1%

4.復(fù)雜表面上的保形涂層

DALP® 可在以下復(fù)雜結(jié)構(gòu)上沉積：

• 粗糙度達(dá) 25 μm 的陽極氧化鋁（AAO）大孔

• 納米結(jié)構(gòu)黑硅

• 深度 60 μm 的高深寬比溝槽

• 90° 直墻結(jié)構(gòu)

20 µm通道電容式傳感器鉑沉積的橫截面圖。EDX元素掃描結(jié)果表明，鉑沿側(cè)壁呈保形沉積

05. DALP® 正在定義未來制造

直接原子層加工（DALP®）不僅是材料沉積技術(shù)的一次進(jìn)步，更是先進(jìn)制造跨時代的基礎(chǔ)設(shè)施。它以無掩模直接寫入、多材料集成、AI驅(qū)動制造與常壓操作的方式，將傳統(tǒng)幾十步的工藝壓縮為軟件可控的單一的流程。

• 從光刻驅(qū)動走向軟件驅(qū)動

• 從真空制造走向常壓制造

• 從多腔體走向一體化平臺

• 從固定工藝走向自適應(yīng)智能制造

隨著產(chǎn)業(yè)對高精度與材料多樣性的需求不斷攀升，DALP® 正成為半導(dǎo)體、光子學(xué)、量子計(jì)算、MEMS 與航天制造的重要技術(shù)基礎(chǔ)。它開啟的不是漸進(jìn)式改良，而是一場原子級制造的革命。

06. 關(guān)于 Atlant 3D 以及 DALP 技術(shù)

ATLANT 3D 是一家創(chuàng)立于 2018 年、總部設(shè)在丹麥哥本哈根的深科技公司，專注于實(shí)現(xiàn)“原子級”制造。其核心技術(shù)為 DALP®（Direct Atomic Layer Processing），可在無需傳統(tǒng)掩膜、多步驟流程的情況下，實(shí)現(xiàn)精確到原子層面的材料沉積與圖案化。公司所服務(wù)的應(yīng)用領(lǐng)域包括微電子、光子學(xué)、傳感器、量子計(jì)算和太空制造。DALP 技術(shù)的開發(fā)是多個學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)合作的成果。

• Maksym Plakhotnyuk 博士（丹麥技術(shù)大學(xué)）、Ivan Kundrata （斯洛伐克科學(xué)院）和Julien Bachmann 博士（埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)）：他們關(guān)于局部沉積技術(shù)的聯(lián)合研究最終發(fā)表在《原子層加工模式下的增材制造》一書中。

• 格勒諾布爾大學(xué)和里昂大學(xué)：David Muñoz-Rojas 博士（格勒諾布爾）致力于改進(jìn)空間原子層沉積（ALD）技術(shù)，而 Catherine Marichy 博士（里昂）則致力于直接表面結(jié)構(gòu)化和無掩模沉積方法的研究。他們的努力促進(jìn)了局部ALD工藝的可擴(kuò)展性和精度的提升

型號推薦-Nanofabricator Lite

NANOFABRICATOR™ LITE 可實(shí)現(xiàn)快速的材料與工藝測試、基于梯度的沉積，以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與器件原型的快速開發(fā)，將研發(fā)周期從數(shù)月縮短至數(shù)周。其配備的集成軟件具有精簡的工作流程、友好的用戶界面，并支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件格式（GDS-II 與 DXF），使用戶能夠?qū)崟r完成結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、預(yù)覽與調(diào)整，從而加速創(chuàng)新與應(yīng)用落地。