浙大學者研發出三維微納加工“冰刻”術

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。浙江大學的學者利用這種特殊的“冰”代替傳統電子束曝光中的“光刻膠”，制造出精細的三維“微雕”。這一“冰刻”技術有望為新型光電子器件提供技術支撐。

這一成果由浙江大學現代光學儀器國家重點實驗室仇旻教授團隊完成，日前發表在納米材料領域權威期刊《納米通信》上。

電子束曝光技術簡稱“光刻”，是當前最常用的微納加工方案，充當模板的是“光刻膠”。理論上光刻的精度可以達到1納米，但是實際情況下很難，儀器輕微的振動、外界磁場的干擾、操作人員的經驗都會影響最終結果。

“目前電子束曝光的精度大約在60-80納米左右，相當于人頭發絲的千分之一。隨著微納器件的小型化、精細化發展，光刻技術步驟繁瑣、光刻膠易殘留難清洗的局限也越發凸顯。”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。”仇旻團隊設計搭建出一套“冰刻”設備，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”技術推進到三維微納器件加工領域。

只需冷卻、冰層沉積、曝光、材料蒸鍍和剝離五個步驟，通過這臺構思巧妙的儀器，仇旻團隊成功制造出金字塔、蘑菇、橋等三維造型。在簡化步驟的同時，還能夠保證精度，這些三維造型的分辨率達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構。”洪宇說。

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