【儀表網 研發快訊】隨著“超越摩爾”范式的演進，微機電系統(MEMS)作為集成多種傳感和執行功能的關鍵技術，已成為下一代智能傳感應用核心。然而，如何將高性能納米材料可靠地集成到三維懸浮MEMS架構中，實現晶圓級兼容制造，一直是制約高性能MEMS氣體傳感芯片發展的長期挑戰。
近日，華中科技大學集成電路學院段國韜教授團隊針對這一難題，提出了一種全新的“先成膜，后釋放”(film-first, cantilever-later)全流程晶圓級制造方法，轉變了本領域劃片后集成材料的常規思路，成功實現了納米材料與三維MEMS傳感芯片的高效集成。研究成果以“Wafer-level self-assembly and interface passivation patterning technology for nanomaterial-compatible 3D MEMS sensing chips”為題發表在Nano-Micro Letters。第一作者為集成電路學院2025屆博士張征。
研究團隊自主開發了晶圓級自組裝設備，支持8英寸晶圓納米顆粒液面自組裝工藝。通過自組裝過程動力學控制，由濕化學合成的納米顆粒可形成致密、均勻的單層薄膜，并無損轉移至8英寸晶圓表面。該策略將材料合成、退火與成膜、轉移過程解耦，可有效調控納米材料結構以實現優異傳感性能，同時避免破壞預先制備的MEMS器件結構。面對納米薄膜在MEMS懸臂梁釋放過程中的失效問題，研究團隊通過理論計算與實驗結合揭示出界面失效機制，進而引入HfO?界面鈍化層，有效阻斷腐蝕液對界面的攻擊。
在上述基礎上，研究團隊成功實現了基于Pd/SnO2納米顆粒的MEMS氫氣傳感芯片8英寸晶圓制造。芯片充分展現了MEMS器件小尺寸和低功耗優勢，同時保留有納米材料高靈敏、快響應優勢，并具有晶圓級別的高一致性。該方法可以通過納米材料結構和自組裝過程調控、薄膜圖案定制，進一步增強芯片的綜合傳感性能。
該項研究工作建立了一套完整的氣體傳感芯片晶圓級制造方法和具體工藝，解決了業內長期困擾的高性能納米材料和三維懸空MEMS結構不兼容的關鍵難題，將推動高性能納米材料MEMS氣體傳感芯片產業化。
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