石墨烯的發現為人類打開了二維材料的大門，經曆十多年的研究，二維材料表現出的各種優良性能越來越吸引科研學者。然而，在工業上大規模應用二維材料仍然存在着很多問題，所制成的器件不能符合工業标準。
複旦大學封包中教授課題組利用機器學習 (ML) 算法優化了二維半導體（MoS2）頂栅場效應半導體 (FET)的制備工藝，并采用工業标準設計流程和工藝進行了晶圓級器件與電路的制造和測試。文章以《Wafer-scale functional circuits based on two dimensional semiconductors with fabrication optimized by machine learning》為題發表于Nature Communications。本文中，晶圓尺寸器件制備的優化是先利用機器學習指導制造過程，随後使用小型台式無掩膜光刻機MicroWriter ML3進行制備，優化了遷移率、門檻值電壓和亞門檻值擺幅等性能。
Quantum Design-小型台式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3
圖文導讀
圖1. 制備MoS2 FETs的總流程圖。（a）CVD法制備晶圓尺寸的MoS2。（b）MoS2場效應管的各種截面圖。（c）半導體的表現和各類參數的關系。（d）從材料制備到晶片制備和測試的優化回報循環。
圖2. MoS2 FETs的邏輯電路圖。（a），（b），（c）和（d）各類電壓對器件的影響。（e）使用MicroWriter ML3無掩膜雷射直寫機制備的正反器和（f）相應實驗結果（g）使用MicroWriter ML3無掩膜雷射直寫機制備的加法器和（h）相應的實驗結果。
圖3. 利用MoS2 FETs制備的模拟，儲存器和光電電路。（a）使用無掩膜光刻機制備的環形振蕩器和（b）相應的實驗結果。（c）基于MoS2 FETs制備的存儲陣列和（d-f）相應的實驗結果。（g）利用MicroWriter ML3制備的光電電路和（h-i）相應的表現結果。
圖4. 使用MicroWriter ML3無掩膜雷射直寫機在晶圓上制備MoS2場效應管。（a）在兩寸晶圓上制備的基于MoS2場效應管的加法器。（b），（c）和（d）在晶圓上制備加法器的運算結果。
結論
随着二維材料的應用和人工智能在各領域的迅速發展，如何快速開發出符合實驗設計的原型晶片結構變得十分重要。由于實驗過程中需要及時修改相應的參數，得到優化的實驗結果，是以十分依賴靈活多變的光刻手段。從上文中可以看出，小型台式無掩膜光刻機MicroWriter ML3可以幫助使用者快速實作各類邏輯結構的開發，助力微電子相關領域的研究。
小型台式無掩膜光刻機MicroWriter ML3
鑒于第1套小型台式無掩膜光刻機MicroWriter ML3的優良性能和高成果産出，課題組相關研究團隊繼續緊追熱點，把握時機再添置一套英國DMO公司新款小型台式無掩膜光刻機 - MicroWriter ML3 Pro+0.4 μm專業版系統，力争更優的器件性能，圖中所示是目前已傳遞正常使用的全新版系統。希望能夠助力研究團隊取得重要進展！
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