1 工作简介

         ——“等离激元光热打印”：高精度金属氧化物电子器件制备新范式

在下一代半导体电子器件向低功耗、低成本、高密度方向发展的背景下，金属氧化物因其优异的电学性能和可低成本溶液法制备，被广泛视为下一代半导体材料的重要候选。然而，当前主流金属氧化物电子器件的制备仍然依赖昂贵的真空镀膜技术或长时间的高温热退火工艺（>400 ℃，>1 小时），难以满足低成本、大面积的样品制备需求。同时，业界缺乏一种普适、快速、高分辨率的图案化工艺来加工金属氧化物电子器件，这也成为制约其产业化的关键瓶颈。

为了应对以上挑战，香港城市大学研究团队提出了一种全新的等离激元光热打印技术（图1）。该技术通过飞秒激光激发银纳米线等离激元共振产生局部光热效应，驱动溶液法前驱体高效转化，首次在室温和大气环境中实现了对多种金属氧化物导体、绝缘体和半导体薄膜的快速（<0.3 秒）、高质量、局域化制备（图2）。基于该技术制备的ITO薄膜在已报道的低温法研究中展现出迄今为止最高的电导率（1763 西门子/厘米）；AlO_x薄膜介电常数接近9，同样位居已报道结果的前列；而基于等离激元光热打印的IGZO、IZO和InO_x晶体管，其饱和迁移率也处于目前已报道的最高水平，与真空工艺制备器件性能相当。同时，该技术兼具高精度、高均匀性与图案可编程性，实现了溶液法全金属氧化物晶体管阵列（48400 晶体管/平方厘米，为目前所报道最高密度）与逻辑门器件的高精度打印制造（图3），突破了传统工艺依赖于真空系统与高温退火的限制。

该技术展现出广阔的半导体材料和电子器件及光电子器件相关的应用前景。在高速、低功耗显示领域，可用于低成本制造基于IGZO晶体管和ITO电路的高性能显示控制背板，替代当前高端显示器中昂贵的真空溅射工艺，显著降低制造成本，推动高分辨率显示技术的普及。在物联网与智能感知领域，依托其低成本、高分辨率图案化能力加工特性，能够快速构建高密度传感器阵列与计算单元，适配新一代智能终端对异质异构集成的需求。特别地，ITO作为关键的透明导电材料，在半导体光电子器件中具有不可替代的地位，该技术首次实现了其在室温、大气条件下的高质量图案化制备，为透明电极、光电探测器和微显示阵列等核心器件的集成制造提供了关键工艺支撑。

凭借对多种金属氧化物材料的适配性、高精度图案控制能力和低温常压加工特性，该技术为下一代高端显示、集成电子、光电子与智能计算系统的制造提供了全新范式，有望推动半导体先进制造工艺向低成本、高性能、可规模化方向的转型升级。

研究成果于2025年6月19日以“Plasmonic printing of high-performance metal oxide electronics under room temperature”为题发表在Nature Materials（https://doi.org/10.1038/s41563-025-02268-w），博士后高瞻、付洋为共同第一作者，雷党愿、于欣格教授为通讯作者。该研究被Nature Synthesis的“研究亮点”栏目（Research Highlight）以“Plasmonic printing”为题作了专门报道（https://www.nature.com/articles/s44160-025-00847-y）。

2 主要作者简介

通讯作者

于欣格，香港城市大学教授，博士生导师，国家优秀青年科学基金（港澳）获得者，香港RGC Research Fellow，香港青年科学院院士，香港城市大学数字数码医学研究院副院长，香港心脑血管健康工程研究中心副主任。

于欣格教授长期从事敏感电子学在健康医疗、智能传感等领域的柔性电子技术研究。先后获评香港RGC Research Fellow、钟南山青年科技创新奖、优秀青年科学基金(港澳)、《麻省理工科技评论》创新35人、IEEE纳米医学发明家、MINE青年科学家、日内瓦国际发明展金奖等奖项。担任Science Advances等多部期刊编委。斯坦福Top 2% 高被引学者，在Nature、Nature Materials、Nature Biomedical Engineering、Nature Electronics、Nature Machine Intelligence、Nature Synthesis等期刊发表论文200余篇，35 篇入选ESI热点、高被引论文，选登为封面论文或亮点论文，申请/授权美国专利50余项。

通讯作者

雷党愿，香港城市大学教授，功能光子学研究中心副主任，伦敦帝国理工学院博士和首席副校长物理学访问教授，香港青年科学院院士，国家自然科学基金委“优秀青年科学基金（港澳）”获得者。

雷党愿教授长期从事纳米尺度量子光子学及低维量子光学材料的超快非线性光谱研究，特别关注等离激元纳腔增强光与物质相互作用的经典和量子物理机制，及其在高效能量转换、微纳光电子以及生化传感方面的器件应用。迄今共发表学术论文260篇，其中130多篇文章影响因子大于10，谷歌学术总引用近16200次，h-index为73。他的多光子泵浦、超低阈值量子点激光研究入选《自然•通讯》杂志2020年物理领域阅读量最高的50篇文章；他与合作者共同发明的智能辐射制冷涂层被《科学》杂志作为编辑精选进行报道，其在绿色建筑和电子器件热管理方面的应用获得两项日内瓦国际发明展金奖。雷党愿教授曾获得山西省科学与技术二等奖，香港城市大学青年学者杰出研究奖、香港高等研究院材料科学明日之星称号、亚太经合组织创新、研究和教育科学奖香港唯一被提名人、伦敦帝国理工学院校长奖学金和安妮·索恩博士论文奖、纳米研究杂志青年创新奖、英国皇家学会国际交流奖和深圳市科技创新委员会国家级科技项目先进个人，三次入选斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家榜单，并入选ScholarGPS 2025年世界前0.5%高被引学者。凭借其卓越的学术成就和国际影响力，雷党愿教授现为美国光学学会和国际光学工程学会高级会员及英国物理学会会员，担任Light: Science & Applications杂志香港办公室负责人和Nanophotonics、Advanced Photonics Nexus及Frontiers in Photonics杂志副主编。