晶圓鍵合通過分子力、電場或中間層實(shí)現(xiàn)晶圓長久連接。硅-硅直接鍵合需表面粗糙度<0.5nm及超潔凈環(huán)境，鍵合能達(dá)2000mJ/m2；陽極鍵合利用200-400V電壓使玻璃中鈉離子遷移形成Si-O-Si共價(jià)鍵；共晶鍵合采用金錫合金（熔點(diǎn)280℃）實(shí)現(xiàn)氣密密封。該技術(shù)滿足3D集成、MEMS封裝對界面熱阻(<0.05K·cm2/W)和密封性(氦漏率<5×10?1?mbar·l/s)的嚴(yán)苛需求。CMOS圖像傳感器制造中，晶圓鍵合實(shí)現(xiàn)背照式結(jié)構(gòu)。通過硅-玻璃混合鍵合（對準(zhǔn)精度<1μm）將光電二極管層轉(zhuǎn)移到讀out電路上方，透光率提升至95%。鍵合界面引入SiO?/Si?N?復(fù)合介質(zhì)層，暗電流降至0.05nA/cm2，量子效率達(dá)85%（波長550nm），明顯提升弱光成像能力。
晶圓鍵合解決植入式神經(jīng)界面的柔性-剛性異質(zhì)集成難題。湖北晶圓級(jí)晶圓鍵合實(shí)驗(yàn)室
熱電制冷晶圓鍵合實(shí)現(xiàn)控溫精度突破。鉍碲-銅界面冶金結(jié)合使接觸電阻趨近理論極限，溫度調(diào)節(jié)速度提升至100℃/s。激光雷達(dá)溫控單元在-40℃～125℃保持±0.01℃穩(wěn)定性，測距精度達(dá)毫米級(jí)。新能源汽車實(shí)測顯示，電池組溫差控制<1℃，續(xù)航里程提升15%。模塊化拼裝支持100W/cm2熱流密度管理。自補(bǔ)償結(jié)構(gòu)延長使用壽命至10年。腦機(jī)接口晶圓鍵合實(shí)現(xiàn)植入。聚四氟乙烯-鉑金生物相容鍵合形成微電極陣列，阻抗穩(wěn)定性十年變化<5%。神經(jīng)生長因子緩釋層促進(jìn)組織整合，信號(hào)衰減率較傳統(tǒng)電極降低80%。漸凍癥患者臨床實(shí)驗(yàn)顯示，意念打字速度達(dá)每分鐘40字符，準(zhǔn)確率98%。核殼結(jié)構(gòu)封裝抵御腦脊液侵蝕，為帕金森病提供載體。天津晶圓級(jí)晶圓鍵合加工廠商晶圓鍵合確保微型核電池高輻射劑量下的安全密封。
該研究所將晶圓鍵合技術(shù)與微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的制備相結(jié)合，探索其在微型傳感器與執(zhí)行器中的應(yīng)用。在 MEMS 器件的多層結(jié)構(gòu)制備中，鍵合技術(shù)可實(shí)現(xiàn)不同功能層的精確組裝，提高器件的集成度與性能穩(wěn)定性?？蒲袌F(tuán)隊(duì)利用微納加工平臺(tái)的優(yōu)勢，在鍵合后的晶圓上進(jìn)行精細(xì)的結(jié)構(gòu)加工，制作出具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的 MEMS 器件原型。測試數(shù)據(jù)顯示，采用鍵合技術(shù)制備的器件在靈敏度與響應(yīng)速度上較傳統(tǒng)方法有一定提升。這些研究為 MEMS 技術(shù)的發(fā)展提供了新的工藝選擇，也拓寬了晶圓鍵合技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
科研團(tuán)隊(duì)在晶圓鍵合的對準(zhǔn)技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)，針對大尺寸晶圓鍵合中對準(zhǔn)精度不足的問題，開發(fā)了一套基于圖像識(shí)別的對準(zhǔn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)捕捉晶圓邊緣的標(biāo)記點(diǎn)，通過算法調(diào)整晶圓的相對位置，使對準(zhǔn)誤差控制在較小范圍內(nèi)。在 6 英寸晶圓的鍵合實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)的對準(zhǔn)精度較傳統(tǒng)方法有明顯提升，鍵合后的界面錯(cuò)位現(xiàn)象明顯減少。這項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)不僅提升了晶圓鍵合的工藝水平，也為其他需要高精度對準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝提供了參考，體現(xiàn)了研究所的技術(shù)創(chuàng)新能力。
晶圓鍵合實(shí)現(xiàn)POCT設(shè)備的多功能微流控芯片全集成方案。
晶圓鍵合催生太空能源。三結(jié)砷化鎵電池陣通過輕量化碳化硅框架鍵合，比功率達(dá)3kW/kg。在軌自組裝機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)百米級(jí)電站搭建，月面基地應(yīng)用轉(zhuǎn)換效率38%。獵鷹9號(hào)搭載實(shí)測：1km2光伏毯日發(fā)電量2MW，支撐月球熔巖管洞穴生態(tài)艙全年運(yùn)作。防輻射涂層抵御范艾倫帶高能粒子，設(shè)計(jì)壽命超15年。晶圓鍵合定義虛擬現(xiàn)實(shí)觸覺新標(biāo)準(zhǔn)。壓電微穹頂陣列鍵合實(shí)現(xiàn)50種材質(zhì)觸感復(fù)現(xiàn)，精度較工業(yè)機(jī)器人提升百倍。元宇宙手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)還原組織切除反饋力，行家評價(jià)真實(shí)感評分9.9/10。觸覺手套助力NASA火星任務(wù)預(yù)演，巖石采樣力反饋誤差<0.1N。自適應(yīng)阻抗技術(shù)實(shí)現(xiàn)棉花-鋼鐵連續(xù)漸變，為工業(yè)數(shù)字孿生提供主要交互方案。晶圓鍵合構(gòu)建具備電生理反饋功能的人類心臟仿生芯片系統(tǒng)。東莞直接晶圓鍵合加工廠
該所針對不同厚度晶圓，研究鍵合過程中壓力分布的均勻性調(diào)控方法。湖北晶圓級(jí)晶圓鍵合實(shí)驗(yàn)室
圍繞晶圓鍵合技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，該研究所聯(lián)合行業(yè)內(nèi)行家開展相關(guān)研究。作為中國有色金屬學(xué)會(huì)寬禁帶半導(dǎo)體專業(yè)委員會(huì)倚靠單位，其團(tuán)隊(duì)參與了多項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的研討，針對晶圓鍵合的術(shù)語定義、測試方法等提出建議。在自身研究實(shí)踐中，團(tuán)隊(duì)總結(jié)了不同材料組合、不同尺寸晶圓的鍵合工藝參數(shù)范圍，形成了一套內(nèi)部技術(shù)規(guī)范，為科研人員提供參考。同時(shí)，通過與其他科研機(jī)構(gòu)的合作交流，分享鍵合過程中的質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)行業(yè)內(nèi)工藝水平的協(xié)同提升。這些工作有助于規(guī)范晶圓鍵合技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)其在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的有序發(fā)展。湖北晶圓級(jí)晶圓鍵合實(shí)驗(yàn)室
