近日，东南大学电子科学与工程学院孙立涛教授团队基于自主搭建的原位电子显微学系统，实时观察了纳米气泡可加速（20倍）湿法刻蚀的全过程，首次从原子尺度揭示了刻蚀过程中完整的固液气三相反应机制，为发展高效、高精度制造工艺与方法提供了新的实现手段和制造原理。其研究成果以Solidliquidgasreactionacceleratedbygasmoleculetunnelinglikeeffect为题在Nature子刊《NatureMaterials》上在线发表。
　　湿法刻蚀广泛应用于半导体制造等重要领域，但湿法刻蚀方向选择性有限，很难得到尺寸精确可控的微纳结构。孙立涛研究团队借助自建的可实现原子尺度动态观测的原位电子显微学系统，发现纳米气泡可大大加速（20倍）湿法刻蚀的速率。此发现揭示了原子尺度湿法刻蚀的新机理，使得湿法刻蚀技术在刻蚀方向、尺寸的可控性大幅提升成为可能，该成果也极有可能发展为未来微纳加工领域的新技术。微纳尺度的固液气反应是集成电路制造中的基本物理化学过程，还涉及晶体管加工中的清洗、抛光等关键工艺。当前7nm、5nm等先进晶体管器件对于内部金属、半导体和介电层等结构的几何尺寸具有亚纳米级的严苛精度要求。受限于表征手段，上述工艺研发仅能依靠离线检测手段表征。该研究结果对建立工艺参数结构尺寸模型，加速工艺研发具有基础性支撑作用。
　　液体环境中纳米气泡加速金表面刻蚀的过程与机理
　　该项研究中涉及的固液气三相反应在自然界和工业界广泛存在，除湿法刻蚀外，还有如大气腐蚀、生物有氧呼吸、光催化、燃料电池等。由于在纳米尺度追踪单个颗粒以及三相界面的演变非常困难，所以一直缺乏对反应动力学的定量分析和对三相界面处气体传输机制的准确理解。孙立涛团队通过实验发现仅当纳米气泡与固体之间的距离小于临界尺寸（1nm）时，刻蚀速率才显著提升（一个量级以上）；否则，刻蚀速率几乎不变。结合大量实验定量分析和分子动力学模拟，研究团队提出范德华力诱导的气体分子类遂穿效应是加速刻蚀反应的主要原因。该研究首次从纳米尺度揭示了固液气反应的具体路径，对日常生活中常见的各类三相反应现象的准确理解，提供了扎实的实验依据与理论支撑。

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