近日，澳门科技大学创新工程学院材料科学与工程系欧清东助理教授团队在二维材料纳米光学技术应用领域取得重要进展。该团队首次利用天然二维材料氧化钼中的超低损耗声子极化激元（纳米光波），实现了基于光学无衍射传播效应的超分辨成像技术，为无损检测纳米芯片电路提供了新方案。相关工作近日以“Natural van der Waals Canalization Lens for Non-Destructive Nanoelectronic Circuit Imaging and Inspection”为题发表于国际权威学术期刊《Advanced Materials》(影响因子27.4)。
自集成电路问世以来，光学检测技术始终是半导体晶圆制造的「品质守门员」。这项技术通过明场检测和暗场散射等技术手段，为芯片生产提供快速、无损的品质检测方案，在保障芯片良率方面发挥着关键作用。然而，随着芯片制程进入纳米级时代，传统光学检测技术正面临根本性挑战。当前主流检测技术各存局限：明场检测虽具备高解析度，却难以辨别细微缺陷；暗场技术虽擅长捕捉表面异常，但对隐藏在芯片内部的缺陷束手无策。而能够实现纳米级精度的原子力显微镜，又仅能扫描表面结构，无法透视多层芯片的内部构造。随着摩尔定律逼近物理极限，人工智能芯片和量子芯片的复杂程度与日俱增。现代芯片往往采用三维堆叠等创新架构，内部结构复杂度呈指数级增长，需开发新一代检测技术，既要能实现纳米级解析度，又要具备透视多层结构的能力，同时还要保证检测效率。
在澳门科技发展基金与国家自然科学基金委联合资助项目的支持下，澳科大欧清东助理教授与厦门大学陈焕阳教授联合团队创新性地将暗场散射光学与原子力显微镜技术相结合，利用天然双轴氧化钼二维材料开发出渠道化光学透镜，成功实现了表面及内部结构的超高分辨成像。这项技术可达15纳米的空间解析度，并能检测100纳米以下的栅格间距。该技术的核心突破在于氧化钼晶体独特的天然各向异性特性。其原子级晶胞结构和双轴对称性，通过平带渠道化机制实现了倏逝波和传播波的无衍射传输（图1）。与传统超透镜相比，新技术具有三大显著优势：克服了等离子体损耗大的缺陷、解决了加工精度不足的难题、突破了单轴成像的限制。
图1. 基于二维材料α-MoO3的渠道化透镜工作原理
研究团队已成功将该技术应用于纳米级电子电路的内部结构检测（图2），为下一代半导体晶圆制造提供了一种新型检测方案。有评论指出（https://thesciencearchive.org/2502-09308v1/），这项工作可能为显微与光刻技术研究带来一定的启发：能够"看清"以往无法观测的纳米级细节，犹如为科研界配备了一台"纳米超清望远镜"；基于该技术开发的新型光刻设备，有望在晶圆表面刻制更微小、更复杂的电路图案。
图2. 二维材料超分辨成像技术在纳米芯片电路检测中的应用
综上所述，该研究成功制备了基于无需光刻的二维材料超高解析度成像透镜，其成像性能显著优于以往报导的亚波长超透镜。鉴于近期二维光学材料的不断发现，此类超分辨成像技术可以在太赫兹或可见光波段拓展实现。该技术基于低损耗二维材料平台，为突破衍射极限的近场显微成像提供了新途径，有望推动纳米结构与生物分子的三维光学成像研究。
本论文的第一作者为澳科大欧清东、厦门大学薛淑雯，通讯作者为欧清东助理教授、中国地质大学（武汉）戴志高教授、厦门大学陈焕阳教授和上海理工大学Qiaoliang Bao教授。澳科大创新工程学院在读博士生钟港与博士后刘晶莹参与了这项研究。该工作得到了澳门科学技术发展基金(FDCT 0065/2023/AFJ, 0116/2022/A3), 国家自然科学基金 (No. 52402166) 和广东省自然科学基金 (No. 2025A1515011120)等项目资金支持。
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202504526
