Imec po raz pierwszy za pomocą lithografii EUV demonstruje produkcję półprzewodnikowych nanoporów na waflach w skali przemysłowej

Imec dokonuje pionierskich prac nad produkcją nanoporów w stanie stałym na skalę wafla (300 mm) z wykorzystaniem litografii EUV, jak widać na zdjęciu. © imec / Imec pionieruje pełną produkcję nanoporów w stanie stałym na skalę wafla (300 mm) z użyciem litografii EUV, jak pokazano na zdjęciu. © imec

Przekrój i widok z góry w TEM: wyprodukowana półprzewodnikowa nanopor. / Cross-sectional and top-view TEM of the fabricated solid-state nanopore,

Przekrój i widok z góry w TEM: wyprodukowana półprzewodnikowa nanopor. / Cross-sectional and top-view TEM of the fabricated solid-state nanopore,

1. Imec osiągnął pierwszą udaną produkcję półprzewodnikowych nanoporów na skalę wafla za pomocą EUV-Lithographie na waflach 300 mm. Ta innowacja zamienia technologię nanoporów z koncepcji laboratoryjnej na skalowalną platformę dla biosensorów, genomiki i proteomiki.
2. Nanopory są chwalone jako kluczowy rozwój w genomice i proteomice, ale do tej pory półprzewodnikowe nanopory nie były produkowane masowo ze względu na wahania i problemy z integracją. Przełom firmy Imec toruje drogę dla kompatybilnych z CMOS układów biosensorów o wysokiej przepustowości, które mogą przyspieszyć spersonalizowaną medycynę, szybkie diagnozy i przechowywanie danych molekularnych.
3. Produkcja nanoporów na skalę wafla za pomocą EUV-Lithographie na waflach 300 mm o rozmiarze ~10 nm i wysokiej jednorodności na waflu. Proces produkcji jest obiecujący i z dalszymi ulepszeniami technik integracji procesów pozwoli na osiągnięcie rozmiarów porów poniżej 5 nm. Charakterystyka elektryczna i biomolekularna translokacji wykazała wysokie stosunki sygnału do szumu na poziomie 6,2.

Na tegorocznym IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2025) firma Imec, światowy lider w dziedzinie badań i innowacji w zaawansowanych technologiach półprzewodnikowych, zaprezentuje pierwszą udaną produkcję półprzewodnikowych nanoporów na skalę wafla za pomocą EUV-Lithographie (Extreme Ultraviolet Lithography). Półprzewodnikowe nanopory rozwijają się jako potężne narzędzia do molekularnej sensorystyki, ale do tej pory nie są dostępne komercyjnie. Ten dowód wykonalności jest kluczowym krokiem w kierunku ich ekonomicznej (masowej) produkcji.

Półprzewodnikowe nanopory to mikroskopijne - o rozmiarze kilku nanometrów - otwory wycięte w membranach z azotku krzemu. Gdy są zanurzone w cieczy i podłączone do elektrod, pozwalają na przejście pojedynczych molekuł i generują sygnały elektryczne, które można analizować w czasie rzeczywistym. Ponieważ rozmiar porów można łatwo regulować, mają szerokie zastosowania, od identyfikacji wirusów po analizę DNA i białek. Ta bezmarkerowa metoda wykrywania pojedynczych molekuł jest kluczem do diagnostyki następnej generacji, proteomiki, genomiki, a także do zastosowań w przechowywaniu danych molekularnych.

Biologiczne nanopory, tworzone przez białka w lipidowych błonach, umożliwiły komercyjne platformy do sekwencjonowania, ale są ograniczone przez problemy ze stabilnością i integracją. Półprzewodnikowe nanopory pokonują te ograniczenia dzięki swojej wytrzymałości, możliwości dostrajania i kompatybilności z technologiami produkcji półprzewodników, co czyni je idealnymi do skalowalnej sensorystyki o wysokiej przepustowości. Wciąż jednak stanowi wyzwanie osiągnięcie precyzji i jednolitości półprzewodnikowych porów na poziomie nanometrów na dużych powierzchniach. Obecne techniki produkcji są często powolne i ograniczone do laboratorium, co opóźnia ich szerokie zastosowanie w sensorach.

W nowym artykule, który zostanie zaprezentowany na IEDM 2025, firma Imec informuje o udanej produkcji wysoce jednorodnych nanoporów o średnicach do ~10 nm na całych waflach 300 mm. Zespół połączył EUV-Lithographie z techniką wytrawiania opartą na separatorach, aby osiągnąć precyzję i powtarzalność na poziomie nanometrów – dwa od dawna istniejące wyzwania w technologii nanoporów.

Nanopory zostały osadzone w membranach z azotku krzemu i poddane charakterystyce elektrycznej w środowiskach wodnych. Eksperymenty z translokacją fragmentów DNA potwierdziły wysokie stosunki sygnału do szumu i doskonałe zachowanie się podłoża, co potwierdza wydajność sensorów nanoporów z materiałami biologicznymi.

"Imec jest w unikalnej pozycji, aby dokonać tego kroku. Możemy zastosować EUV-Lithographie – tradycyjnie zarezerwowaną dla pamięci i logiki – w naukach biologicznych. Wykorzystując naszą infrastrukturę litograficzną, pokazaliśmy, że półprzewodnikowe nanopory można produkować na dużą skalę z precyzją niezbędną do molekularnej sensorystyki," powiedział Ashesh Ray Chaudhuri, główny autor i kierownik projektu R&D w firmie Imec. „To otwiera drzwi do wysokoprzepustowych biosensorów dla sektora zdrowia i innych dziedzin.”

Patrząc w przyszłość, ten osiągnięcie może umożliwić szybkie diagnozy, spersonalizowaną medycynę i molekularny odcisk palca. Opierając się na postępach w produkcji nanoporów EUV, firma Imec obecnie rozwija modułowy system odczytu z skalowalną fluidyką jako platformę do rozwoju aplikacyjnej chemii. Zespół zaprasza twórców narzędzi nauk o życiu do wykorzystania tej platformy w testowaniu swoich koncepcji i wymagań.

Na konferencji IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) 2026 zostanie zaprezentowana praca „A 256-Channel Event-Driven Readout for Solid-State Nanopore Single-Molecule Sensing with 193 pArms Noise in a 1 MHz Bandwidth”, w której przedstawiony zostanie proof-of-concept ASIC od Imec, obsługujący niestandardowe nanopory następnej generacji.