俄罗斯已准备量产一种用于微电子元器件增材制造的打印机2026年4月10日，nak

俄罗斯已准备量产一种用于微电子元器件增材制造的打印机

2026年4月10日，naked-science报道，来自莫斯科物理技术学院量子技术研究所功能材料测试中心的一组研究人员，研制出了一种用于微电子元器件增材制造的新型打印机。与同类产品不同，这种干式喷雾打印机不使用液态墨水、溶剂或粘合剂。取而代之的是，利用气体放电方法在打印过程中直接合成纳米颗粒，然后通过聚焦气溶胶束将其沉积在基板上。

印刷电子快速发展的关键因素在于其生产成本低于基于光刻的传统技术。传统光刻法是一个复杂、多步骤且昂贵的工艺过程，类似于冲洗照片，只不过是在硅晶片上操作。需要洁净室、真空设备、强腐蚀性化学品以及巨大的材料消耗。

替代性的增材技术——即基于电子模型通过逐层添加必要组件来创建物体——所需的材料和工序本身就少得多。然而，所有已知的方法都包含使用纳米颗粒或前驱体溶液构成的墨水来形成微结构。打印后，必须缓慢去除这些溶剂（产品需要干燥），然后进行高温烧结以去除聚合物残留，并将纳米颗粒熔融成连续的导电线路。这一过程不仅耗时，还常常导致微电路被添加剂分解产物污染，从而影响其电气和机械特性。此外，墨水本身的制备过程也相当繁琐：它们必须具有完美的均匀性、稳定性以及合适的粘度，这严重限制了可用材料的选择。

由于器件结构的复杂性和元件的小型化趋势，对微电子设备质量和多样性的需求日益增长，这要求在高精度元件的设计和制造上采用创新方法。莫斯科物理技术学院科学家的新方法基于脉冲气体放电中纳米颗粒的合成、气流输运、聚焦沉积以及利用激光辐射进行烧结，从而无需使用溶剂和功能性添加剂。这使得无需后处理即可创建纯净的微结构，为将干式喷雾打印技术引入微电子工艺流程开辟了广阔前景。该研究成果发表于《原子系统中的物理与化学过程》期刊。该研究得到了俄罗斯联邦科学与高等教育部的支持（项目编号：075-15-2024-560）。

莫斯科物理技术学院量子技术研究所功能材料测试中心研究员弗拉迪斯拉夫·鲍里索夫介绍了相关工作："我们的设备与同类产品不同，它不需要墨水存储和结构的后处理。放弃使用传统墨水转而操控干态纳米颗粒，起初似乎并非显而易见的解决方案，因为通过气体放电合成的纳米颗粒会形成团聚体。在打印过程中使用它们时，形成的结构具有很高的孔隙率，这限制了设备的应用，并阻碍了高导电性打印线路的生成。为克服这一点，我们引入了一种高效的团聚体处理方法，能够实时将其转化为球形纳米颗粒。最终，我们的打印机整合了四项连续实施的技术过程：脉冲气体放电中的颗粒生成、颗粒形状与尺寸的激光修饰、气溶胶束的聚焦，以及最后的基板上纳米颗粒激光烧结。"

该新型装置的核心元件是一个基于脉冲气体放电原理工作的纳米颗粒发生器：电容器周期性地充电至4千伏，然后通过充满惰性气体的电极间隙放电。放电频率约为每秒600次。放电电流幅值为300至1000安培，且电流并非均匀流动，而是通过众多细微的等离子体通道——即电极表面的数百个微观"热点"。在每个尺寸达20微米的点上，电流密度极高，导致电极上的微区发生爆炸性破坏。结果，熔融金属的微小液滴从电极上脱离，凝结成尺寸为5至15纳米的颗粒。载气（氩气）流持续吹扫通过放电室，将刚合成的颗粒带出。

下一阶段是聚焦。由载气流夹带的球形纳米颗粒进入喷嘴。在中心气溶胶通道周围，高压聚焦气体被注入。它压缩气溶胶流，减小其直径。通过改变气流比例和喷嘴出口直径，科学家可以调节打印线条的宽度。打印在约40毫巴压力的真空室内进行，这消除了空气阻力，防止束流提前扩散。如此，基板上便出现了宽度为几十微米的线条。

最后一步是激光烧结。与传统炉内退火可能导致敏感聚合物基板熔化或损坏不同，绿色激光的纳秒脉冲仅加热纳米颗粒本身，几乎不影响基板。激光束以一定角度照射到打印区域，使得烧结过程与颗粒沉积同步进行。这种方法解决了不均匀性问题：在打印厚层时，上层颗粒可能会遮挡下层，使其无法受到激光作用。但如果每沉积一层就进行烧结，就能获得完全均匀、致密且高导电的结构。实验表明，采用多层打印银纳米结构时，其电阻率仅为晶体银的2.2倍——这对于增材制造技术而言是卓越的成果。

该打印机还具备其他工作模式，极大地扩展了其应用可能性。例如，在关闭激光烧结系统的情况下，该装置可转变为创建等离子体纳米结构的工具。如果沉积到基板上的是未烧结的球形纳米颗粒（经过激光优化器后），它们会形成一层很容易用普通干布擦除的薄膜。这一特性对于表面增强拉曼光谱（SERS）非常重要，该方法能够利用超微弱信号检测出物质的单个分子。贵金属（金、银）纳米颗粒可以充当微型天线，将拉曼散射信号放大数百万倍。但问题在于银基底在空气中会迅速氧化，其保存期限有限。这种新型气溶胶打印机彻底解决了这个问题：它能在进行分析时，直接在研究对象上创建等离子体结构。该方法为生物流体的快速分析、医学诊断乃至法医鉴定开辟了新的可能性。

该打印机的第三种工作模式使用未经激光处理的原始纳米颗粒团聚体。它们巨大的比表面积和多孔结构是气体传感器的理想特性。

因此，莫斯科物理技术学院研制的这台原型机，使得在同一台设备上打印导电线路、电极、电感元件，以及创建催化层和等离子体结构成为可能，全程无需使用液体，且后处理极少。相比于包含数十道工序的漫长光刻周期，使用这台新装置可以在几分钟内"绘制"出芯片。

弗拉迪斯拉夫·鲍里索夫总结：我们的方法适用于形成微电子的被动元件、光电设备的等离子体层、微传感器和催化结构。但最重要的是，我们消除了因分散稳定剂或其他墨水成分分解而产生的盐分对所形成结构的污染风险，这些盐分可能会降低最终设备的电物理和机械性能。目前，我们已完成试验样品的制作，已成功通过国家验收测试，我们已准备好将我们的产品投入批量生产。

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