浙大學(xué)者研發(fā)出三維微納加工“冰刻”術(shù)

零下130度左右的真空中，水蒸氣會凝華成一層超級光滑的冰膜。浙江大學(xué)的學(xué)者利用這種特殊的“冰”代替?zhèn)鹘y(tǒng)電子束曝光中的“光刻膠”，制造出精細(xì)的三維“微雕”。這一“冰刻”技術(shù)有望為新型光電子器件提供技術(shù)支撐。

這一成果由浙江大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室仇旻教授團(tuán)隊(duì)完成，日前發(fā)表在納米材料領(lǐng)域權(quán)威期刊《納米通信》上。

電子束曝光技術(shù)簡稱“光刻”，是當(dāng)前最常用的微納加工方案，充當(dāng)模板的是“光刻膠”。理論上光刻的精度可以達(dá)到1納米，但是實(shí)際情況下很難，儀器輕微的振動、外界磁場的干擾、操作人員的經(jīng)驗(yàn)都會影響最終結(jié)果。

“目前電子束曝光的精度大約在60-80納米左右，相當(dāng)于人頭發(fā)絲的千分之一。隨著微納器件的小型化、精細(xì)化發(fā)展，光刻技術(shù)步驟繁瑣、光刻膠易殘留難清洗的局限也越發(fā)凸顯。”論文第一作者、浙大博士生洪宇說。

“如果用冰來代替光刻膠，當(dāng)電子束打在冰層上，被打到的冰會‘自行消失’，不存在清洗難題。”仇旻團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)搭建出一套“冰刻”設(shè)備，集制冷組件、注水組件、支撐組件、測溫組件于一體，成功將“冰刻”技術(shù)推進(jìn)到三維微納器件加工領(lǐng)域。

只需冷卻、冰層沉積、曝光、材料蒸鍍和剝離五個(gè)步驟，通過這臺構(gòu)思巧妙的儀器，仇旻團(tuán)隊(duì)成功制造出金字塔、蘑菇、橋等三維造型。在簡化步驟的同時(shí)，還能夠保證精度，這些三維造型的分辨率達(dá)20納米，定位精度在100納米以下。“在平整光滑的冰膜上，電子束可以對冰膜雕刻出更多精巧的立體結(jié)構(gòu)。”洪宇說。

研究人員表示，“冰刻”三維加工技術(shù)有望應(yīng)用到非平面襯底材料或易損柔性材料上，為基于量子點(diǎn)、納米管、石墨烯、光纖等材料的新型光電子器件提供技術(shù)支撐。