硅化学巨头瓦克化学：成功开发供高性能芯片使用的新型硅烷

9月5日，全球特种化学品生产商瓦克化学成功开发出一种新的供高集成型存储芯片和微处理器生产使用的前驱物，为半导体客户提供了创新型产品解决方案。该前驱物是一种新型硅烷，可在半导体生产中用于化学气相沉积，确保高集成型芯片无中断地可靠运行。

该新型硅烷能够与晶片表面发生反应，形成极薄的、介电常数低的绝缘层，以屏蔽对安装在密集空间中的导轨及其它元件的电磁干扰。相应电脑芯片可用于需要完成高度复杂的计算任务的领域，如人工智能、云计算等。

瓦克化学称，半导体芯片体积极小，但有着数十亿个晶体管。随着零部件不断微小化，晶体管的数量和半导体的性能也在不断提升，技术挑战同样如此。导体和晶体管之间的相互作用是其中一个问题。电路越来越多，切换频率越来越高，最新一代芯片的性能因电磁场而受到限制。

据介绍，瓦克化学推出的特种硅烷是芯片生产的重要成膜原料。它能够与受热的超纯硅片的表面进行反应，形成介电常数低的绝缘层，大大减少导轨中高频率运动的电荷所受电磁干扰。

瓦克化学是欧洲规模最大的多晶硅生产商，多年来为半导体工业提供原料和助剂。多晶硅是超纯硅片的基础原料，超纯硅片经进一步加工，可最终制成电脑芯片。目前，全球每两块芯片中就有一块用瓦克多晶硅生产而成。

瓦克化学有机硅业务部门功能有机硅业务单元负责人Laurent Morineaux表示，由于此类特种化学品的开发成本高、质量要求严格，越来越多的竞争者已退出市场。“瓦克没有这么做。这个市场对我们仍然极具吸引力，因此，我们今后将继续关注此类产品，甚至扩大我们在这一领域的业务。”

另外，瓦克化学也为半导体行业提供重要的工艺化学品。例如，用气相二氧化硅生产的抛光浆料可作为机械研磨剂用来对晶片进行抛光和整平处理。该化学集团也是少数几家能够提供所需纯度及质量的氯化氢生产商之一。

氯化氢是瓦克化学综合生产体系中一种重要的中间产品和助剂，可用来蚀刻晶片和清洗涂装设备。去年，瓦克扩建了博格豪森生产基地工艺化学品的产能，为此投资数千万欧元。

作为全球特种化学品生产商之一，总部位于德国慕尼黑的瓦克化学创立于1914年，主要有四大业务，分别为多晶硅业务、有机硅、聚合物和生物科技，现销售产品达3200多种，其中硅基产品占公司总销售额65%。二十世纪70年代，瓦克化学的产品经由经销商引入中国。1993年开始，瓦克进入中国市场，包括本地化生产、销售和技术研发。

目前，瓦克化学在世界各地拥有27个生产基地、22个技术中心和48家销售办事处，2023财年共有员工约16400人，年销售额约64亿欧元。

高密度RNA芯片的化学合成现在更快、更高效

维也纳大学的一个研究小组开发出了先进的 RNA 构建模块，将合成速度提高了一倍，效率提高了七倍。这项创新解决了 RNA 微阵列生产中的难题，并提高了在生物技术和医疗诊断中的应用，包括鉴定新的 RNA 对映体。

RNA 构件的进展

由维也纳大学领导的一个国际研究小组成功开发出了一种具有更高的化学反应活性和光敏性的新版 RNA 构建模块。这可以大大缩短生物技术和医学研究中使用的 RNA 芯片的生产时间。现在，这些芯片的化学合成速度提高了两倍，效率提高了七倍。该研究成果最近发表在著名期刊《科学进展》（Science Advances）上 。

基于 RNA 的医疗产品（如COVID-19大流行期间的 mRNA 疫苗）的出现和批准，使 RNA 分子进入了公众的视野。RNA（核糖核酸）是一种携带信息的聚合物，是一种由类似亚基组成的化合物，但其结构和功能的多样性远远超过DNA。

大约 40 年前，人们发明了一种 DNA 和 RNA 的化学合成方法，在这种方法中，任何序列都可以利用磷酰胺化学方法从 DNA 或 RNA 构建模块中组装出来。核酸链的组装是利用这些特殊的化学构件（磷酰胺）一步一步完成的。每个构件都带有化学"保护基团"，可防止不必要的反应，并确保在核酸链中形成自然连接。

一个全尺寸、高密度的 RNA 微芯片只有指甲盖大小，可包含多达 780 000 个独特的 RNA 序列，每个序列占据约 14 x 14 μm² 的面积。通过添加带有绿色荧光标签的互补 DNA 链，可以验证 RNA 的存在和质量。资料来源：Tadika Kekić

克服 RNA 芯片制作中的挑战

这种化学方法也用于生产微芯片（微阵列），可以在指甲盖大小的固体表面上同时合成和分析数百万个独特的序列。尽管 DNA 微阵列已被广泛应用，但由于 RNA 的稳定性较低，将该技术应用于 RNA 微阵列还很困难。

2018 年，维也纳大学展示了如何通过光刻技术生产高密度 RNA 芯片：通过精确定位光束，表面上的区域可以通过光化学反应为下一个构件的附着做好准备。虽然这是世界首创，至今仍无与伦比，但这种方法存在生产时间长、产量低、稳定性差等问题。现在，这种方法得到了极大的改进。

开发新一代 RNA 构件

维也纳大学无机化学研究所的一个研究小组与法国蒙彼利埃大学马克斯-穆塞隆生物分子研究所（Max Mousseron Institute for Biomolecules）合作，现已开发出一种具有更高的化学反应活性和光敏性的新版 RNA 构建模块。这一进步大大缩短了 RNA 芯片的生产时间，使合成速度提高了两倍，效率提高了七倍。这种创新型 RNA 芯片可用于筛选数百万个候选 RNA，为各种应用寻找有价值的序列。

无机化学研究所助理教授乔里-利塔德（Jory Lietard）说："使用我们以前的装置，制作含有功能性 RNA 分子的 RNA 微阵列简直是遥不可及，但通过使用丙酰氧基甲基（PrOM）保护基团的改进工艺，现在这一切都成为了现实。"

改进型 RNA 芯片的实际应用和优势

作为这些改进型 RNA 芯片的直接应用，该出版物对 RNA 合体（能与目标分子特异性结合的小寡核苷酸）进行了研究。研究人员选择了两种与染料结合后会产生荧光的"发光"适配体，并在芯片上合成了这些适配体的数千个变体。一次结合实验足以同时获得所有变体的数据，这为鉴定具有更好诊断特性的改进型适配体开辟了道路。

"高质量的 RNA 芯片在快速发展的非侵入性分子诊断领域尤为重要。"乔里-利塔德研究小组的博士生塔迪佳-凯基奇（Tadija Kekić）说："新的和改进的 RNA 合体备受追捧，比如那些可以实时跟踪激素水平或直接从汗液或唾液中监测其他生物标记物的 RNA 合体。"

编译自/ScitechDaily

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