在今年的IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，世界领先的先进半导体技术研发创新中心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。固态纳米孔正逐渐成为分子传感领域的强大工具，但尚未实现商业化。此次概念验证是实现其低成本（大规模）生产的关键一步。
纳米孔是蚀刻在氮化硅膜上的微小孔洞，宽度仅为几纳米。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，纳米孔的应用范围十分广泛，从病毒鉴定到DNA和蛋白质分析均可胜任。这种无需标记的单分子检测方法是下一代诊断、蛋白质组学、基因组学乃至分子数据存储应用的关键。
另一方面，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一个挑战。目前的制造方法通常速度较慢且仅限于实验室环境，这阻碍了其在传感应用中的广泛应用。
在IEDM 2025会议上发表的一篇新论文中，imec报告称成功在整片300mm晶圆上制备了直径小至约10nm的高度均匀纳米孔。该团队将极紫外光刻技术与基于间隔层的刻蚀技术相结合，实现了纳米级的精度和可重复性——这两项长期以来一直是纳米孔技术领域的挑战。
将纳米孔嵌入氮化硅膜中，并在水性环境中对其进行电学表征。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，验证了纳米孔对生物材料的传感性能。
“imec拥有得天独厚的优势来实现这一飞跃。我们可以将传统上用于存储器和逻辑电路的极紫外光刻技术应用于生命科学领域。通过利用我们的光刻基础设施，我们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研发项目经理兼第一作者Ashesh Ray Chaudhuri表示。“这为医疗保健及其他领域的高通量生物传感器阵列打开了大门。”
展望未来，这项技术有望实现快速诊断、个性化医疗和分子指纹识别。基于极紫外纳米孔技术的进步，imec 目前正在开发一种模块化读出系统，该系统采用可扩展的流体控制技术，旨在为相关应用的化学开发提供平台。imec 团队诚邀生命科学工具开发者使用该平台来测试他们的概念和需求。
在 2026 年 IEEE 国际固态电路会议 (ISSCC) 上，将发表论文“用于固态纳米孔单分子传感的 256 通道事件驱动读出，在 1 MHz 带宽内具有 193 pArms 噪声”，展示 imec 开发的概念验证 ASIC 读出，以支持下一代定制纳米孔。
来源：半导体行业观察，谢谢！
END
行业社群
