上海科技大学纳米3D打印新项目，一次性构筑千万个纳米级三维结构

2025年4月16日，南极熊注意到，上科大技术转移公众号发布了一项微纳3D打印领域的新项目——法拉第3D打印，团队目前正准备创立公司，寻求融资。

一、团队介绍

团队由上海科技大学物质学院冯继成教授带领，课题组成员包括5名博士生、9名硕士研究生以及2名本科生。自2020年成立以来，团队专注于自主研制的纳米尺度的3D打印技术——法拉第3D打印（已申16件发明专利，含3件PCT）。从零起步，团队成员均经过课题组的系统培养，以上海科技大学为唯一通讯单位在国际顶刊发表多篇研究成果，并选为期刊封面成果。相关工作也相继被Nature Electronics, Nature Communications, Matter等亮点报道；积极推动该技术发展与应用，并与合作单位共同攻克微电子和光刻领域的技术难题。

二、专利名称

截至目前，团队已申请16件发明专利（授权1件CN113478809A，3件PCT），覆盖从原子制造到3D纳米打印系统的布局。

	专利名称	申请号
1	微纳结构的增材制造方法	CN202110761096.3（已授权）
2	微纳结构的增材制造方法	WOCN22098811
3	微纳结构的增材制造方法	EP22836681
4	微纳结构的增材制造方法	US18570047
5	合金纳米颗粒及其制备方法和用途	CN202110761636.8
6	应用于3D打印的空间电场控制装置	CN202211028019.8
7	应用于3D打印的空间电场控制装置	PCT/CN2022/116705
8	应用于3D打印的流场控制装置	CN202211492609.6
9	晶圆级大面积微纳制造技术和装置	CN202310981632.X
10	原子团簇结构的在线测试装置及其应用	CN202311319061.X
11	一种微纳尺度的增材制造方法及图案化方法	WOCN23143382
12	基于力反馈的接触式调平调零系统、控制方法以及终端	CN202311630242.4
13	控制微纳结构产生目标颜色的方法、系统	CN202311829768.5
14	一种高精度大面积超薄镂空硬掩模的制备方法	CN202510049810.4
15	串联火花等离子体放电技术电路装置方法及其应用	CN202510035553.9
16	晶圆级3D纳米打印装置及其系统	CN202510035558.1
17	图案修正方案	CN202510402677.6
18	三维图案转移及其复杂孔洞制造方法及其系统	CN202510402672.3
19	晶体管的微纳制造方法	申请中

自主研制的法拉第3D打印实验机迭代更新，已初具雏形，随着自动化和工业化能力的不断提高，已实现了晶圆级大面积、纳米尺度和多材料的三维结构的并行阵列化打印能力。

图1 自主研制的法拉第3D打印机实体照片

三、技术领域

以“超越光刻”为导向，发明了电力线精准迁移带电粒子进而构筑三维结构的新方法，因法拉第用笔描绘出电场线，我们反用电场线描绘三维物体，故将该技术命名为“法拉第3D 打印”。该方法另辟蹊径，创新性地构建了阵列化的“电力线画笔”，并将带电粒子作为构建单元进行原子级精度的三维构筑。全过程只需耦合电场和流场，一次性构筑千万个纳米级三维结构。只需控制空间电场构型，即可构筑不同几何结构、任意材料、高深宽比的纳米级三维结构。通过改变带电粒子的材料种类，可实现多材料的纳米3D 打印。

四、技术优势

研制了常温常压下一次性、非接触式打印多种材料的复杂3D 纳米结构阵列的法拉第3D打印系统。该3D 打印是将漂浮于气体中的带电粒子通过流场/电场的耦合调控，将其在纳米尺度原位3D 打印，实现了大面积打印多种材料3D 纳米结构阵列，最小线宽达12 nm，超越或逼近了最先进的EUV的加工尺度。提出了3D纳米打印的程控化方案，建立了电势与打印纳米结构尺寸的关系。该技术的高精度、高密度、多材料、大面积阵列化、程控化打印的优势，有望成为原子制造的破局者，为集成电路中的高密度微凸块制造、下一代互联金属、“站立式”晶体管、微纳光学领域等提供了新方法。

图2 法拉第3D打印的优势比较

传统的微纳加工采用自上而下的减材制造方式，借助于主流的光刻技术，以及离子注入、镀膜和刻蚀等工艺实现金属和半导体纳米结构的制造，其工艺复杂，可使用材料受限，设备造价昂贵，且无法实现三维加工，限制了新一代三维器件的发展，而团队新创的法拉第3D打印技术采用自下而上的方式，不仅能实现纳米级精度的3D打印功能，还具有超快加工速度，打印材料种类多等优势。

五、市场应用前景

将实现超越光刻的目标并为下一代先进制程芯片提供重要的制造工艺与装备。有别于受光源波长限制的光刻工艺，“电力线画笔”可缩至原子尺度，从而实现原子精度的三维结构调控。所创制的团簇或纳米粒子，在原子级精度的空间电场诱导下，原位打印成大面积的3D 纳米结构阵列。其高精度、高通量、多材料加工的独特能力，颠覆了传统微纳制造技术，有望打破先进封装领域的技术封锁并开辟一条全新的芯片制造途径，助力解决我国高性能芯片“卡脖子”难题！

目标市场主要概括为：

1、 创制原子团簇和纳米粒子。赋能未来新材料发展！
2、 启发微电子和芯片领域。其一步成型优势，大大简化工艺流程，降低成本，并通过材料多样性实现技术进一步升级。
3、 拓展微纳光学领域。推动光学超构材料、光子晶体等先进光学器件的应用与开发。