背景介紹

微芯片在半導體行業和微機電系統（MEMS） 中發揮著至關重要的作用，與航空航天、汽 車電子、消費電子、生物醫學等領域的發展 密切相關。如今，隨著資料安全意識的提高， 對具有自毀能力的微芯片的需求也在增加。 自毀微芯片在完成任務後會通過主動或被動 觸發機制消失或降解，從而失去其功能。自 毀特性可防止芯片的設計資訊，芯片上存儲 的敏感資訊以及電子產品上個人隱私的洩 露。自毀微芯片在軍事、情報機構、金融以 及許多其他政府和私人組織中尤其重要。另 外，在徹底摧毀報廢的手機和電腦等電子產 品上的資訊存儲模組方面，自毀微芯片也具 有巨大的應用潛力。

微芯片涉及無機或有機半導體，金屬，封裝 材料和基底材料。已有大量研究工作致力於 利用光、水、溫度或電流等方式使這些材料 發生腐蝕溶解、水解、撕裂等物理化學變化， 從而達到毀壞微芯片的目的。毫無疑問，這 些工作已經取得了良好的進展。但是，大多 數自毀機制中都存在兩個主要問題。首先， 它們僅適用於特殊構造的微芯片，這些結構 與現有的互補金屬氧化物半導體（CMOS） 和積體電路（IC）的製造工藝和技術不相容， 很難實際應用；其次，這些自毀機制依賴慢 速的物理化學反應，要花很長時間才能起效， 有的甚至需要數年，這限制了這些技術在保 護敏感資訊或資料安全性上的應用。為了廣 泛地實現資訊安全、減少資料洩漏的風險， 簡單的製造過程和快速的自毀機制非常重要。

在這種背景下，基於含能材料（EMs）和 Au/Pt/Cr 微加熱器的自毀微芯片具有突出的 優勢。一方面，含能材料以化學能的形式存 儲了大量能量，這些能量可以在外部刺激下 以光、熱等形式迅速釋放，比如炸藥、推進 劑和煙火藥。含能材料的可控觸發性，能量 釋放的快速性和強大的破壞性，很好地貼合 自毀微芯片的需求。而相比傳統含能材料， 納米含能材料具有更小的尺寸、更快的反應 速率、更容易與微芯片集成，因此更適合於 自毀微芯片。另一方面，Au/Pt/Cr 微加熱器 本身使用 MEMS 相容的微製造工藝製備，小 電流即可引發 Pt 電阻的快速升溫，因此適合 用來觸發納米含能材料的燃燒或爆炸反應。 因此，我們通過集成 Au/Pt/Cr 微加熱器和納 米含能材料，構建一個電流觸發的自毀獨立 模組。該模組可以用作任何 CMOS 和 IC 的 附加模組，而無需重新設計專門的芯片，更 無需複雜的特殊基底或封裝材料。

自毀微芯片的製備

Au/Pt/Cr 微加熱器是根據數值類比結果所確 定的結構與幾何尺寸，利用 MEMS 技術進行 加工製作的。通過半導體製備工藝，結合使 用光刻技術與物理氣相沉積方法，依次在絕 緣絕熱層上沉積並圖形化具有上述類比所確 定的幾何結構的 Au、Pt 和 Cr 層，得到新型 微加熱器陣列，並對其進行了相關電熱性能 測試。先在高熱阻特種玻璃基底上沉積一層 光刻膠，然後用高精度光刻技術將沉積的光 刻膠圖形化；隨後用電子束蒸鍍技術在圖形 化的光刻膠上面沉積鉻 / 鉑金 / 金三層金屬， 用 lift-off 技術將沉積的鉻 / 鉑金 / 金三層金屬 圖形化；最後用高精度光刻技術配合金蝕刻 溶液將鉑金特定部分上面的金蝕刻掉，得到 高可靠低能耗薄膜電阻微型加熱器，圖 1a 是 高熱阻特種玻璃基底上單個的 Au/Pt/Cr 微型 加熱器。高熱阻特種玻璃基底保證微型加熱 器的低能耗，鉑金 / 金的高穩定性保證微型 加熱器的高可靠性能。

納米含能材料以薄膜的形態與 Au/Pt/Cr 微加 熱器的功能區域集成，而後在含能薄膜上面 膠封一塊硅片進行測試，如圖 1b。硅片是微 芯片的常用基底，因此可以用於驗證自毀效 果。測試時，通過微米探針在微加熱器兩端 通入直流電，引發 Pt 電阻升溫，觸發納米含 能薄膜的燃燒或爆炸，從而破壞硅片。

研究成果

通過在自毀微芯片兩端施加 20V 的電壓，成 功毀壞上方的硅片，其中與含能薄膜直接接 觸的中心區域的硅片被粉碎，周邊區域裂開， 如圖 1c 所示。圖 2 是高速攝影捕捉的硅片被 粉碎瞬間的圖像。

圖 1 單個微加熱器 (a)、自毀前微芯片 (b)、 自毀後微芯片 (c) 的顯微鏡圖片

圖 2 自毀微芯片的毀壞瞬間

參考文獻

1.Ma, X, Gu, S, Li, Y, Lu, J, Yang, G & Zhang, K 2021, 'Additive-Free Energetic Film Based on Graphene Oxide and Nanoscale Energetic Coordination Polymer for Transient Microchip', Advanced Functional Materials, vol. 31, no. 42, 2103199.