三維微納加工領(lǐng)域迎來精妙“冰刻”術(shù)

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(xué)科研人員用這種特殊的“冰”代替?zhèn)鹘y(tǒng)電子束曝光中的光刻膠，做出了微納尺度的三維金屬結(jié)構(gòu)。這一新穎、簡便的“冰刻”術(shù)有望在三維微納加工中大顯身手。

據(jù)了解，當(dāng)前最常用的微納加工方案為電子束曝光技術(shù)，簡稱“光刻”。實(shí)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(xì)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(yùn)用在三維微納器件加工領(lǐng)域上的設(shè)想。如今，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)經(jīng)過6年研發(fā)，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(jìn)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(fā)的洪宇博士說。

通過這臺儀器，仇旻團(tuán)隊(duì)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(dá)20納米，定位精度達(dá)到100納米以下。

仇旻介紹，“冰刻”術(shù)最大的難點(diǎn)在于找到平整納米冰膜，團(tuán)隊(duì)不斷實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)。“我們還嘗試在一根頭發(fā)絲千分之一粗細(xì)的納米銀線上，安放了一塊納米銀牌。”洪宇說。

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