「原子级制造迎来范式转变」

随着先进电子、光子、量子技术和航空航天制造的快速发展，全球制造业正面临挑战：更高的材料精度、更复杂的器件结构、更高性能与更低能耗的同时，还需具备更强的材料与设计灵活性。然而传统的材料沉积技术在速度、真空要求、光刻步骤和材料切换等方面逐渐触及极限。

传统的图案化工艺依赖掩膜以及刻蚀手段

为了突破瓶颈，ATLANT 3D 推出了直接原子层加工（Direct Atomic Layer Processing，DALP®）技术——能实现原子级精度、无掩模直接写入、多材料原位加工的平台。

01. 什么是 DALP®？ 一种突破性的原子级直接写入技术

DALP® 是一种基于微喷嘴系统的原子级加工平台，可实现选择性沉积、蚀刻、掺杂与表面改性，并以软件方式实现高精度实时控制。与传统 ALD “全表面沉积 + 光刻 + 蚀刻”的流程不同，DALP® 让材料只在需要的位置沉积，真正实现“按需制造”。

DALP 的工作原理基于空间原子层沉积技术，在空间层面分离化学前体和反应物，并利用微喷嘴系统将它们独立输送到基板上的特定位置。这确保了化学反应仅在目标区域内发生，从而减少交叉污染并提高精度。该工艺可实现微米级横向分辨率和纳米级厚度精度控制。

DALP技术基于空间原子层沉积和3D打印技术的结合

当喷嘴在基板上移动时，材料生长或蚀刻同时发生，无需传统的掩模或后光刻步骤即可实现实时图案化。这种方法具有诸多优势，包括局部加工、可扩展性强，适用于工业应用，并且兼容多种材料，例如金属、氧化物和半导体。

「DALP® 的核心特性」

01 无掩膜直接写入

传统 ALD 必须借助光刻进行图案化，而 DALP® 直接在选定区域生长材料，可实现：

• 零掩模的原子级图案化

• 实时设计修改

• 去除光刻与蚀刻带来的材料浪费

• 它为快速原型开发和敏捷制造提供了灵活性

02. 单步骤多材料集成

DALP® 能够在一次工艺中连续进行多种 ALD 工艺沉积，涵盖常规 ALD 工艺库：

• 金属

• 氧化物

• 氮化物

• 硫化物

03. 软件与 AI 驱动的自适应制造

通过机器学习算法，DALP® 能够：

• 实时监控沉积状态

• 自动优化生长参数

• 提高重复性并减少误差

04. 支持沉积、蚀刻、掺杂、表面改性的一体化平台

在单一系统中即可实现：

• 局部刻蚀（ALE）

• 选择性掺杂

• 表面功能化（多组分）

05. 可扩展、低能耗、环保

DALP® 在常压下运行，无需大型真空腔体，显著降低：

• 能耗

• 维护成本

• 化学品消耗

• 废物排放

02. DALP® 的主要应用领域

DALP® 的高精度、多材料、软件驱动特性，使其成为多个前沿产业的核心推动力。

01 下一代半导体制造

随着摩尔定律接近物理极限，器件结构越来越复杂，传统方法难以满足需求。DALP® 能够在无需光刻的情况下，直接写入原子级材料，是以下应用的理想技术：

• GAA-FET、FinFET 和 3D IC 的快速开发

• 互连与高介电材料的精确加工

• 原子级钝化层的构建

• 新型神经形态芯片材料探索

其优势包括更高的良率、更低的材料浪费与更快的迭代速度。

图示为利用DALP技术进行金属，氧化物的梯度图案沉积多材料器件

02. 光子学与量子器件

量子计算和光子学对材料质量要求非常高，需要在原子尺度上控制超导材料、光学涂层和量子材料。DALP® 可直接写入：

• 光波导

• 超导量子比特材料

• 可调折射率光学结构

• 光子集成电路中的功能层

无需多腔体、多步骤，从而降低复杂度，大幅加快研发周期。

利用DALP单批次直接打印不同厚度涂层用于波导测试

03. MEMS、传感器与微机电系统

MEMS 制造通常涉及多次光刻与深反应刻蚀。DALP® 提供了一种更直接、更灵活的方法：

• MEMS 组件直接图案化（加速度计、陀螺仪、谐振器）

• 微流控芯片功能层沉积

• 可穿戴与植入式传感器的生物兼容涂层

这使 MEMS 更易于定制、更快速、更经济

DALP在Pt电极上沉积梯度厚度的TiO2涂层用于气体传感器研究

04. 纳米级精度、优异的均匀性与复杂结构适应性

DALP® 已在多项实验中验证其可靠性和高性能：

1.  精度与对准

• 对准精度目标：~1 μm

• 可直接在样品上沉积对准标记

2.  厚度控制

• 厚度与循环次数呈线性关系

• 10 nm 时偏差 8%

• 270 nm 时偏差降至 1%

• 3 个月后的重复偏差：4%

3. 高均匀性：多材料沉积的中心区域均匀性优于 1%

4.复杂表面上的保形涂层

DALP® 可在以下复杂结构上沉积：

• 粗糙度达 25 μm 的阳极氧化铝（AAO）大孔

• 纳米结构黑硅

• 深度 60 μm 的高深宽比沟槽

• 90° 直墙结构

20 µm通道电容式传感器铂沉积的横截面图。EDX元素扫描结果表明，铂沿侧壁呈保形沉积

05. DALP® 正在定义未来制造

直接原子层加工（DALP®）不仅是材料沉积技术的一次进步，更是先进制造跨时代的基础设施。它以无掩模直接写入、多材料集成、AI驱动制造与常压操作的方式，将传统几十步的工艺压缩为软件可控的单一的流程。

• 从光刻驱动走向软件驱动

• 从真空制造走向常压制造

• 从多腔体走向一体化平台

• 从固定工艺走向自适应智能制造

随着产业对高精度与材料多样性的需求不断攀升，DALP® 正成为半导体、光子学、量子计算、MEMS 与航天制造的重要技术基础。它开启的不是渐进式改良，而是一场原子级制造的革命。

06. 关于 Atlant 3D 以及 DALP 技术

ATLANT 3D 是一家创立于 2018 年、总部设在丹麦哥本哈根的深科技公司，专注于实现“原子级”制造。其核心技术为 DALP®（Direct Atomic Layer Processing），可在无需传统掩膜、多步骤流程的情况下，实现精确到原子层面的材料沉积与图案化。公司所服务的应用领域包括微电子、光子学、传感器、量子计算和太空制造。DALP 技术的开发是多个学术机构和产业机构合作的成果。

• Maksym Plakhotnyuk 博士（丹麦技术大学）、Ivan Kundrata （斯洛伐克科学院）和Julien Bachmann 博士（埃尔兰根-纽伦堡大学）：他们关于局部沉积技术的联合研究最终发表在《原子层加工模式下的增材制造》一书中。

• 格勒诺布尔大学和里昂大学：David Muñoz-Rojas 博士（格勒诺布尔）致力于改进空间原子层沉积（ALD）技术，而 Catherine Marichy 博士（里昂）则致力于直接表面结构化和无掩模沉积方法的研究。他们的努力促进了局部ALD工艺的可扩展性和精度的提升

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