Imec利用EUV光刻实现晶圆级固态纳米孔量产关键突破

2025年12月9日，在IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，比利时电子制造研究中心Imec首次成功展示了利用极紫外（EUV）光刻技术在晶圆级上制备固态纳米孔的成果。作为分子传感领域的潜力工具，固态纳米孔因难以低成本大规模生产尚未实现商业化。此次概念验证突破核心瓶颈，为其产业化应用奠定关键基础。

一、固态纳米孔：优势显著但制造难题掣肘产业化

固态纳米孔是蚀刻在氮化硅膜上的微小孔洞，孔径仅为几纳米。当浸入液体中并连接到电极时，单个分子可以通过这些孔洞，产生可实时分析的电信号。由于孔径易于调节，因此固态纳米孔的应用范围十分广泛，覆盖病毒鉴定、DNA和蛋白质分析等多个领域。这种无需标记的单分子检测方法，更是下一代诊断、蛋白质组学、基因组学乃至分子数据存储应用的关键。

对比来看，由脂质膜中的蛋白质形成的生物纳米孔已应用于商业测序平台，但其稳定性及集成性仍面临挑战。固态纳米孔凭借其稳健性、可调控性和与半导体制造的兼容性克服了这些限制，使其成为可扩展、高通量传感的理想选择。然而，在大面积范围内实现纳米级精度和均匀性的固态纳米孔仍然是行业难题。现有制造方法通常速度较慢且仅限于实验室环境，严重阻碍其规模化传感应用。

二、核心突破：EUV光刻融合刻蚀技术实现晶圆级制备

Imec团队在IEDM 2025会议发表的研究中，成功在整片300mm晶圆上制备了直径小至约10nm的高度均匀纳米孔。其核心创新在于将EUV光刻技术与基于间隔层的刻蚀技术相结合，精准攻克纳米孔制备的精度与可重复性两大长期难题。

纳米孔制备完成后，研究团队将其集成到氮化硅膜中，并在水性环境中对其进行了电学表征。利用DNA片段进行的易位实验也证实了其具有高信噪比和优异的润湿性能，充分验证了纳米孔对生物材料的传感性能。

Imec的核心优势在于能将传统上用于存储器和逻辑电路的EUV光刻技术跨界应用于生命科学领域。借助现有光刻基础设施，团队已经证明可以大规模制造出满足分子传感所需精度的固态纳米孔。Imec研发项目经理兼论文第一作者Ashesh Ray Chaudhuri表示，这一突破为医疗保健等领域的高通量生物传感器阵列打开了大门。

三、研究意义：打通产业化瓶颈，推动跨领域融合

Imec利用半导体先进制造工艺，解决了固态纳米孔从实验室走向商业化应用的根本性瓶颈，加速了生命科学与信息技术的产业融合。这一进展也凸显了领先的CMOS工艺的跨界应用潜力——除主流芯片尺寸缩小外，其在新型器件研发中同样具备核心价值，而EUV光刻技术正成为固态生物传感器等医疗保健用新型器件的关键支撑技术。

四、未来展望：多场景落地+技术布局扩展

展望未来，Imec认为其技术应用范围涵盖快速诊断、个性化医疗、分子指纹识别乃至数据存储。基于EUV纳米孔工艺，研究团队正在开发一种具有可扩展流体控制的模块化读出系统，旨在帮助生命科学工具开发人员评估化学、器件和系统要求。

Imec还将这项研究拓展到电路设计领域。在2026年国际半导体技术大会（ISSCC 2026）上，Imec将展示一款用于固态纳米孔传感的256通道事件驱动型ASIC读出电路。该研究将进一步验证先进电子技术与下一代纳米孔阵列的紧密集成能力，为全链条技术产业化筑牢基础。

资料来源：

[1] EE Journal. Imec demonstrates first wafer-scale fabrication of solid-state nanopores using EUV lithography[EB/OL]. (2025-12-10)[2025-12-17]. https://www.eejournal.com/industry_news/imec-demonstrates-first-wafer-scale-fabrication-of-solid-state-nanopores-using-euv-lithography/.

[2] EE News. Imec scales solid-state nanopores with EUV lithography[EB/OL]. (2025-12-12)[2025-12-17]. https://www.eenewseurope.com/en/imec-scales-solid-state-nanopores-with-euv-lithography/.