上海科技大學(xué)納米3D打印新項(xiàng)目，一次性構(gòu)筑千萬個(gè)納米級(jí)三維結(jié)構(gòu)

2025年4月16日，南極熊注意到，上科大技術(shù)轉(zhuǎn)移公眾號(hào)發(fā)布了一項(xiàng)微納3D打印領(lǐng)域的新項(xiàng)目——法拉第3D打印，團(tuán)隊(duì)目前正準(zhǔn)備創(chuàng)立公司，尋求融資。

一、團(tuán)隊(duì)介紹

團(tuán)隊(duì)由上�？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院馮繼成教授帶領(lǐng)，課題組成員包括5名博士生、9名碩士研究生以及2名本科生。自2020年成立以來，團(tuán)隊(duì)專注于自主研制的納米尺度的3D打印技術(shù)——法拉第3D打�。ㄒ焉�16件發(fā)明專利，含3件PCT）。從零起步，團(tuán)隊(duì)成員均經(jīng)過課題組的系統(tǒng)培養(yǎng)，以上�？萍即髮W(xué)為唯一通訊單位在國際頂刊發(fā)表多篇研究成果，并選為期刊封面成果。相關(guān)工作也相繼被Nature Electronics, Nature Communications, Matter等亮點(diǎn)報(bào)道；積極推動(dòng)該技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，并與合作單位共同攻克微電子和光刻領(lǐng)域的技術(shù)難題。

二、專利名稱

截至目前，團(tuán)隊(duì)已申請(qǐng)16件發(fā)明專利（授權(quán)1件CN113478809A，3件PCT），覆蓋從原子制造到3D納米打印系統(tǒng)的布局。

	專利名稱	申請(qǐng)?zhí)?/font>
1	微納結(jié)構(gòu)的增材制造方法	CN202110761096.3（已授權(quán)）
2	微納結(jié)構(gòu)的增材制造方法	WOCN22098811
3	微納結(jié)構(gòu)的增材制造方法	EP22836681
4	微納結(jié)構(gòu)的增材制造方法	US18570047
5	合金納米顆粒及其制備方法和用途	CN202110761636.8
6	應(yīng)用于3D打印的空間電場(chǎng)控制裝置	CN202211028019.8
7	應(yīng)用于3D打印的空間電場(chǎng)控制裝置	PCT/CN2022/116705
8	應(yīng)用于3D打印的流場(chǎng)控制裝置	CN202211492609.6
9	晶圓級(jí)大面積微納制造技術(shù)和裝置	CN202310981632.X
10	原子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的在線測(cè)試裝置及其應(yīng)用	CN202311319061.X
11	一種微納尺度的增材制造方法及圖案化方法	WOCN23143382
12	基于力反饋的接觸式調(diào)平調(diào)零系統(tǒng)、控制方法以及終端	CN202311630242.4
13	控制微納結(jié)構(gòu)產(chǎn)生目標(biāo)顏色的方法、系統(tǒng)	CN202311829768.5
14	一種高精度大面積超薄鏤空硬掩模的制備方法	CN202510049810.4
15	串聯(lián)火花等離子體放電技術(shù)電路裝置方法及其應(yīng)用	CN202510035553.9
16	晶圓級(jí)3D納米打印裝置及其系統(tǒng)	CN202510035558.1
17	圖案修正方案	CN202510402677.6
18	三維圖案轉(zhuǎn)移及其復(fù)雜孔洞制造方法及其系統(tǒng)	CN202510402672.3
19	晶體管的微納制造方法	申請(qǐng)中

自主研制的法拉第3D打印實(shí)驗(yàn)機(jī)迭代更新，已初具雛形，隨著自動(dòng)化和工業(yè)化能力的不斷提高，已實(shí)現(xiàn)了晶圓級(jí)大面積、納米尺度和多材料的三維結(jié)構(gòu)的并行陣列化打印能力。

圖1 自主研制的法拉第3D打印機(jī)實(shí)體照片

三、技術(shù)領(lǐng)域

以“超越光刻”為導(dǎo)向，發(fā)明了電力線精準(zhǔn)遷移帶電粒子進(jìn)而構(gòu)筑三維結(jié)構(gòu)的新方法，因法拉第用筆描繪出電場(chǎng)線，我們反用電場(chǎng)線描繪三維物體，故將該技術(shù)命名為“法拉第3D 打印”。該方法另辟蹊徑，創(chuàng)新性地構(gòu)建了陣列化的“電力線畫筆”，并將帶電粒子作為構(gòu)建單元進(jìn)行原子級(jí)精度的三維構(gòu)筑。全過程只需耦合電場(chǎng)和流場(chǎng)，一次性構(gòu)筑千萬個(gè)納米級(jí)三維結(jié)構(gòu)。只需控制空間電場(chǎng)構(gòu)型，即可構(gòu)筑不同幾何結(jié)構(gòu)、任意材料、高深寬比的納米級(jí)三維結(jié)構(gòu)。通過改變帶電粒子的材料種類，可實(shí)現(xiàn)多材料的納米3D 打印。

四、技術(shù)優(yōu)勢(shì)

研制了常溫常壓下一次性、非接觸式打印多種材料的復(fù)雜3D 納米結(jié)構(gòu)陣列的法拉第3D打印系統(tǒng)。該3D 打印是將漂浮于氣體中的帶電粒子通過流場(chǎng)/電場(chǎng)的耦合調(diào)控，將其在納米尺度原位3D 打印，實(shí)現(xiàn)了大面積打印多種材料3D 納米結(jié)構(gòu)陣列，最小線寬達(dá)12 nm，超越或逼近了最先進(jìn)的EUV的加工尺度。提出了3D納米打印的程控化方案，建立了電勢(shì)與打印納米結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系。該技術(shù)的高精度、高密度、多材料、大面積陣列化、程控化打印的優(yōu)勢(shì)，有望成為原子制造的破局者，為集成電路中的高密度微凸塊制造、下一代互聯(lián)金屬、“站立式”晶體管、微納光學(xué)領(lǐng)域等提供了新方法。

圖2 法拉第3D打印的優(yōu)勢(shì)比較

傳統(tǒng)的微納加工采用自上而下的減材制造方式，借助于主流的光刻技術(shù)，以及離子注入、鍍膜和刻蝕等工藝實(shí)現(xiàn)金屬和半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的制造，其工藝復(fù)雜，可使用材料受限，設(shè)備造價(jià)昂貴，且無法實(shí)現(xiàn)三維加工，限制了新一代三維器件的發(fā)展，而團(tuán)隊(duì)新創(chuàng)的法拉第3D打印技術(shù)采用自下而上的方式，不僅能實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精度的3D打印功能，還具有超快加工速度，打印材料種類多等優(yōu)勢(shì)。

五、市場(chǎng)應(yīng)用前景

將實(shí)現(xiàn)超越光刻的目標(biāo)并為下一代先進(jìn)制程芯片提供重要的制造工藝與裝備。有別于受光源波長限制的光刻工藝，“電力線畫筆”可縮至原子尺度，從而實(shí)現(xiàn)原子精度的三維結(jié)構(gòu)調(diào)控。所創(chuàng)制的團(tuán)簇或納米粒子，在原子級(jí)精度的空間電場(chǎng)誘導(dǎo)下，原位打印成大面積的3D 納米結(jié)構(gòu)陣列。其高精度、高通量、多材料加工的獨(dú)特能力，顛覆了傳統(tǒng)微納制造技術(shù)，有望打破先進(jìn)封裝領(lǐng)域的技術(shù)封鎖并開辟一條全新的芯片制造途徑，助力解決我國高性能芯片“卡脖子”難題！

目標(biāo)市場(chǎng)主要概括為：

1、 創(chuàng)制原子團(tuán)簇和納米粒子。賦能未來新材料發(fā)展！
2、 啟發(fā)微電子和芯片領(lǐng)域。其一步成型優(yōu)勢(shì)，大大簡化工藝流程，降低成本，并通過材料多樣性實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)一步升級(jí)。
3、 拓展微納光學(xué)領(lǐng)域。推動(dòng)光學(xué)超構(gòu)材料、光子晶體等先進(jìn)光學(xué)器件的應(yīng)用與開發(fā)。