上海科技大學納米3D打印新項目，一次性構筑千萬個納米級三維結(jié)構

2025年4月16日，南極熊注意到，上科大技術轉(zhuǎn)移公眾號發(fā)布了一項微納3D打印領域的新項目——法拉第3D打印，團隊目前正準備創(chuàng)立公司，尋求融資。

一、團隊介紹

團隊由上?？萍即髮W物質(zhì)學院馮繼成教授帶領，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，團隊專注于自主研制的納米尺度的3D打印技術——法拉第3D打印（已申16件發(fā)明專利，含3件PCT）。從零起步，團隊成員均經(jīng)過課題組的系統(tǒng)培養(yǎng)，以上?？萍即髮W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。相關工作也相繼被Nature Electronics, Nature Communications, Matter等亮點報道；積極推動該技術發(fā)展與應用，并與合作單位共同攻克微電子和光刻領域的技術難題。

二、專利名稱

截至目前，團隊已申請16件發(fā)明專利（授權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?zhí)?/font>
1	微納結(jié)構的增材制造方法	CN202110761096.3（已授權）
2	微納結(jié)構的增材制造方法	WOCN22098811
3	微納結(jié)構的增材制造方法	EP22836681
4	微納結(jié)構的增材制造方法	US18570047
5	合金納米顆粒及其制備方法和用途	CN202110761636.8
6	應用于3D打印的空間電場控制裝置	CN202211028019.8
7	應用于3D打印的空間電場控制裝置	PCT/CN2022/116705
8	應用于3D打印的流場控制裝置	CN202211492609.6
9	晶圓級大面積微納制造技術和裝置	CN202310981632.X
10	原子團簇結(jié)構的在線測試裝置及其應用	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)構產(chǎn)生目標顏色的方法、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電路裝置方法及其應用	CN202510035553.9
16	晶圓級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	申請中

自主研制的法拉第3D打印實驗機迭代更新，已初具雛形，隨著自動化和工業(yè)化能力的不斷提高，已實現(xiàn)了晶圓級大面積、納米尺度和多材料的三維結(jié)構的并行陣列化打印能力。

圖1 自主研制的法拉第3D打印機實體照片

三、技術領域

以“超越光刻”為導向，發(fā)明了電力線精準遷移帶電粒子進而構筑三維結(jié)構的新方法，因法拉第用筆描繪出電場線，我們反用電場線描繪三維物體，故將該技術命名為“法拉第3D 打印”。該方法另辟蹊徑，創(chuàng)新性地構建了陣列化的“電力線畫筆”，并將帶電粒子作為構建單元進行原子級精度的三維構筑。全過程只需耦合電場和流場，一次性構筑千萬個納米級三維結(jié)構。只需控制空間電場構型，即可構筑不同幾何結(jié)構、任意材料、高深寬比的納米級三維結(jié)構。通過改變帶電粒子的材料種類，可實現(xiàn)多材料的納米3D 打印。

四、技術優(yōu)勢

研制了常溫常壓下一次性、非接觸式打印多種材料的復雜3D 納米結(jié)構陣列的法拉第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/電場的耦合調(diào)控，將其在納米尺度原位3D 打印，實現(xiàn)了大面積打印多種材料3D 納米結(jié)構陣列，最小線寬達12 nm，超越或逼近了最先進的EUV的加工尺度。提出了3D納米打印的程控化方案，建立了電勢與打印納米結(jié)構尺寸的關系。該技術的高精度、高密度、多材料、大面積陣列化、程控化打印的優(yōu)勢，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、微納光學領域等提供了新方法。

圖2 法拉第3D打印的優(yōu)勢比較

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，以及離子注入、鍍膜和刻蝕等工藝實現(xiàn)金屬和半導體納米結(jié)構的制造，其工藝復雜，可使用材料受限，設備造價昂貴，且無法實現(xiàn)三維加工，限制了新一代三維器件的發(fā)展，而團隊新創(chuàng)的法拉第3D打印技術采用自下而上的方式，不僅能實現(xiàn)納米級精度的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。

五、市場應用前景

將實現(xiàn)超越光刻的目標并為下一代先進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，從而實現(xiàn)原子精度的三維結(jié)構調(diào)控。所創(chuàng)制的團簇或納米粒子，在原子級精度的空間電場誘導下，原位打印成大面積的3D 納米結(jié)構陣列。其高精度、高通量、多材料加工的獨特能力，顛覆了傳統(tǒng)微納制造技術，有望打破先進封裝領域的技術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！

目標市場主要概括為：

1、 創(chuàng)制原子團簇和納米粒子。賦能未來新材料發(fā)展！
2、 啟發(fā)微電子和芯片領域。其一步成型優(yōu)勢，大大簡化工藝流程，降低成本，并通過材料多樣性實現(xiàn)技術進一步升級。
3、 拓展微納光學領域。推動光學超構材料、光子晶體等先進光學器件的應用與開發(fā)。