三維微納加工領域迎來精妙“冰刻”術

在-130℃附近的真空中，水蒸氣會凝華成一層超級光滑的薄冰。近日，浙江大學科研人員用這種特殊的“冰”代替傳統電子束曝光中的光刻膠，做出了微納尺度的三維金屬結構。這一新穎、簡便的“冰刻”術有望在三維微納加工中大顯身手。

據了解，當前最常用的微納加工方案為電子束曝光技術，簡稱“光刻”。實際操作中光刻的精度約在60—80納米，但這已滿足不了微納器件的小型化、精細化等日益突出的需求。

6年前，剛回國的仇旻就提出用冰來做光刻膠并運用在三維微納器件加工領域上的設想。如今，浙江大學現代光學儀器國家重點實驗室仇旻教授團隊經過6年研發，搭建了一條全新的集制冷組件、注水組件、支撐組件、測溫組件于一身的掃描電鏡。

“我們在電鏡上進行納米冰膜的制備，又可將冰膜移動到金屬沉積臺。這是一個全程‘冷鏈’的移動操作臺。”參與研發的洪宇博士說。

通過這臺儀器，仇旻團隊成功制造出金字塔、蘑菇、橋等三維造型，并保證了作品的精度——分辨率達20納米，定位精度達到100納米以下。

仇旻介紹，“冰刻”術最大的難點在于找到平整納米冰膜，團隊不斷實驗尋找到了真空中-130℃附近，恰好是水蒸氣凝華成無定形冰的條件。

平整的冰膜讓電子束可以對冰雕刻出更多精巧的立體結構。“我們還嘗試在一根頭發絲千分之一粗細的納米銀線上，安放了一塊納米銀牌。”洪宇說。

該技術目前已在Nano Letter雜志發表論文。仇旻認為，該技術為基于量子點、納米管、納米線、石墨烯、光纖等材料的新型光電子器件創造更多可能。（江耘）