Imec bemutatja először az EUV-litográfia segítségével az félvezető-nanorképződések gyártását a lapméretben

Az imec úttörő munkát végez a szilárdtest-nanopórusok gyártásában a lapkán (300 mm-es méretben) EUV-litográfiával, ahogy a képen is látható. © imec / Az imec az első, aki teljes lapka-méretű (300 mm-es) szilárdtest-nanopórokat gyárt EUV-litográfiával, ahogy a képen is látható. © imec

Vágási és felülnézeti TEM a gyártott szilárdtest nanocsatornáról.

Vágási és felülnézeti TEM a gyártott szilárdtest nanoporon,

1. Az Imec elérte az első sikeres gyártását félvezető nanoporoknak a wafer méretben EUV-litográfia segítségével 300 mm-es wafereken. Ez az innováció a nanopor-technológiát egy laboratóriumi koncepcióból egy skálázható platformmá alakítja bioszenzorok, genomika és proteomika számára.
2. A nanoporokat döntő fejlődésként ünneplik a genomika és proteomika területén, de eddig a félvezető nanoporokat a változékonyság és az integrációs problémák miatt soha nem gyártották tömegtermelésben. Az Imec áttörése megnyitja az utat CMOS-kompatibilis bioszenzor- tömbök számára, amelyek nagy átviteli sebességet biztosítanak, és felgyorsíthatják a személyre szabott orvoslást, gyors diagnosztikát és a molekuláris adatok tárolását.
3. Nanoporok gyártása wafer méretben EUV-litográfiával 300 mm-es wafereken, kb. 10 nm-es mérettel és magas egyenletességgel a waferen. A gyártási folyamat ígéretes, és további fejlesztésekkel a folyamatintegrációs technikák révén 5 nm alatti nyílásméreteket lehet elérni. Az elektromos és biomolekuláris transzlokáció jellemzése magas, 6,2-es jel-zaj arányt mutatott.

Az idei IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2025) során az imec, egy világszerte vezető kutatási és innovációs központ a fejlett félvezető technológiák terén, bemutatja az első sikeres gyártást félvezető nanoporokból wafer méretben az EUV-litográfia (Extreme Ultraviolet Lithography) segítségével. A félvezető nanoporok erőteljes eszközökké fejlődnek a molekuláris érzékelés területén, de eddig még nem kerültek kereskedelmi forgalomba. Ez a bizonyítási lépés kulcsfontosságú a költséghatékony (tömeg)gyártás felé vezető úton.

A félvezető nanoporok apró - csupán néhány nanométeres - lyukak, amelyeket szilínium-nitrid membránokban vájnak. Ha folyadékba merítik őket, és elektródákkal kapcsolják össze, egyes molekulákon átengedhetők, és elektromos jeleket hoznak létre, amelyeket valós időben lehet elemezni. Mivel a nyílásméret könnyen beállítható, széles körű alkalmazásokra nyílik lehetőség, a vírusok azonosításától a DNS- és fehérjeelemzésig. Ez a jel- és markermentes egyedi molekulaérzékelési módszer kulcs a következő generációs diagnosztikához, proteomikához, genomikához, sőt molekuláris adat tároláshoz is.

Az élő szervezetek által alkotott biomolekuláris nanoporok, amelyeket fehérjék hoznak létre lipidmembránokban, kereskedelmi szekvenálási platformokat tettek lehetővé, de stabilitási és integrációs problémák miatt korlátozottak. A félvezető nanoporok ezeket a korlátokat átlépik robusztusságukkal, hangolhatóságukkal és a félvezetőgyártással való kompatibilitásukkal, így ideálisak skálázható, nagy átviteli sebességű érzékelőrendszerekhez. Azonban továbbra is kihívás a precizitás és egységesség elérése nanométeres szinten nagy felületeken. A jelenlegi gyártási technikák gyakran lassúak és laboratóriumi szinten korlátozottak, ami késlelteti széles körű alkalmazásukat az érzékelés területén.

Az IEDM 2025-ön bemutatott új tanulmány szerint az imec sikeresen gyártott magas homogenitású nanoporokat akár ~10 nm-es átmérővel egész 300 mm-es wafereken. A csapat az EUV-litográfiát egy távtartó alapú etching technikával kombinálta, hogy nanométeres szinten elérje a precizitást és reprodukálhatóságot – két régóta fennálló kihívást a nanopor-technológiában.

A nanoporokat szilínium-nitrid membránokba építették be, és vízben lévő környezetben elektromosan jellemzették őket. A DNS-fragmentumok transzlokációs kísérletei is megerősítették a magas jel-zaj arányt és a kiváló nedvesítési tulajdonságokat, ami megerősíti a nanoporok biológiai anyagokkal való érzékelési képességét.

"Az Imec egyedülálló helyzetben van, hogy ezt a lépést megvalósítsa. Képesek vagyunk az EUV-litográfiát – amelyet hagyományosan tárolók és logikai áramkörök gyártására használnak – alkalmazni a biotudományokra. Az infrastruktúránk kihasználásával megmutattuk, hogy félvezető nanoporokat nagy mennyiségben, nanométeres precizitással lehet gyártani, ami a molekuláris érzékeléshez szükséges" – mondta Ashesh Ray Chaudhuri, az első szerző és az imec kutatás-fejlesztési projektvezetője. „Ez megnyitja az utat a nagy átviteli sebességű bioszenzor-tömbök előtt az egészségügy és más területeken.”

A jövőben ez az eredmény gyors diagnosztikát, személyre szabott orvoslást és molekuláris ujjlenyomat-elemzést tesz lehetővé. Az EUV nanoporok fejlődésére alapozva az imec jelenleg egy moduláris olvasórendszert fejleszt, skálázható folyadékrendszerrel, amely platformot biztosít alkalmazásorientált kémiai kutatásokhoz. A csapat felhívást intéz a Life-Science eszközök fejlesztőihez, hogy használják ezt a platformot saját koncepcióik és igényeik tesztelésére.

A IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) 2026-on bemutatják a „256-csatornás esemény-vezérelt olvasó rendszer szilárdtest nanoporok egyedi molekula érzékeléséhez 193 pArms zajjal 1 MHz sávszélességben” című munkát, amelyben az imec által kifejlesztett Proof-of-Concept-ASIC olvasó kerül bemutatásra, támogatva a következő generációs nanoporokat.