背景介绍

微芯片在半导体行业和微机电系统（MEMS） 中发挥着至关重要的作用，与航空航天、汽 车电子、消费电子、生物医学等领域的发展 密切相关。如今，随着资料安全意识的提高， 对具有自毁能力的微芯片的需求也在增加。自毁微芯片在完成任务后会通过主动或被动 触发机制消失或降解，从而失去其功能。自 毁特性可防止芯片的设计资讯，芯片上存储 的敏感资讯以及电子产品上个人隐私的泄 露。自毁微芯片在军事、情报机构、金融以 及许多其他政府和私人组织中尤其重要。另 外，在彻底摧毁报废的手机和电脑等电子产 品上的资讯存储模组方面，自毁微芯片也具 有巨大的应用潜力。

微芯片涉及无机或有机半导体，金属，封装 材料和基底材料。已有大量研究工作致力于 利用光、水、温度或电流等方式使这些材料 发生腐蚀溶解、水解、撕裂等物理化学变化， 从而达到毁坏微芯片的目的。毫无疑问，这 些工作已经取得了良好的进展。但是，大多 数自毁机制中都存在两个主要问题。首先， 它们仅适用于特殊构造的微芯片，这些结构 与现有的互补金属氧化物半导体（CMOS） 和积体电路（IC）的制造工艺和技术不相容， 很难实际应用；其次，这些自毁机制依赖慢 速的物理化学反应，要花很长时间才能起效， 有的甚至需要数年，这限制了这些技术在保 护敏感资讯或资料安全性上的应用。为了广 泛地实现资讯安全、减少资料泄漏的风险， 简单的制造过程和快速的自毁机制非常重要。

在这种背景下，基于含能材料（EMs）和 Au/Pt/Cr 微加热器的自毁微芯片具有突出的 优势。一方面，含能材料以化学能的形式存 储了大量能量，这些能量可以在外部刺激下 以光、热等形式迅速释放，比如炸药、推进 剂和烟火药。含能材料的可控触发性，能量 释放的快速性和强大的破坏性，很好地贴合 自毁微芯片的需求。而相比传统含能材料， 纳米含能材料具有更小的尺寸、更快的反应 速率、更容易与微芯片集成，因此更适合于 自毁微芯片。另一方面，Au/Pt/Cr 微加热器 本身使用 MEMS 相容的微制造工艺制备，小 电流即可引发 Pt 电阻的快速升温，因此适合 用来触发纳米含能材料的燃烧或爆炸反应。因此，我们通过集成 Au/Pt/Cr 微加热器和纳 米含能材料，构建一个电流触发的自毁独立 模组。该模组可以用作任何 CMOS 和 IC 的 附加模组，而无需重新设计专门的芯片，更 无需复杂的特殊基底或封装材料。

自毁微芯片的制备

Au/Pt/Cr 微加热器是根据数值类比结果所确 定的结构与几何尺寸，利用 MEMS 技术进行 加工制作的。通过半导体制备工艺，结合使 用光刻技术与物理气相沉积方法，依次在绝 缘绝热层上沉积并图形化具有上述类比所确 定的几何结构的 Au、Pt 和 Cr 层，得到新型 微加热器阵列，并对其进行了相关电热性能 测试。先在高热阻特种玻璃基底上沉积一层 光刻胶，然后用高精度光刻技术将沉积的光 刻胶图形化；随后用电子束蒸镀技术在图形 化的光刻胶上面沉积铬 / 铂金 / 金三层金属， 用 lift-off 技术将沉积的铬 / 铂金 / 金三层金属 图形化；最后用高精度光刻技术配合金蚀刻 溶液将铂金特定部分上面的金蚀刻掉，得到 高可靠低能耗薄膜电阻微型加热器，图 1a 是 高热阻特种玻璃基底上单个的 Au/Pt/Cr 微型 加热器。高热阻特种玻璃基底保证微型加热 器的低能耗，铂金 / 金的高稳定性保证微型 加热器的高可靠性能。

纳米含能材料以薄膜的形态与 Au/Pt/Cr 微加 热器的功能区域集成，而后在含能薄膜上面 胶封一块硅片进行测试，如图 1b。硅片是微 芯片的常用基底，因此可以用于验证自毁效 果。测试时，通过微米探针在微加热器两端 通入直流电，引发 Pt 电阻升温，触发纳米含 能薄膜的燃烧或爆炸，从而破坏硅片。

研究成果

通过在自毁微芯片两端施加 20V 的电压，成 功毁坏上方的硅片，其中与含能薄膜直接接 触的中心区域的硅片被粉碎，周边区域裂开， 如图 1c 所示。图 2 是高速摄影捕捉的硅片被 粉碎瞬间的图像。

图 1 单个微加热器 (a)、自毁前微芯片 (b)、 自毁后微芯片 (c) 的显微镜图片

图 2 自毁微芯片的毁坏瞬间

参考文献

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.