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西湖大学突破“冰刻”三维微纳加工技术

发布时间:2020-12-04 11:24:31  |  来源:新华社  |  作者:朱涵

新华社杭州12月3日电(记者朱涵)在仅有头发丝八分之一粗细的光纤末端进行“冰刻”加工,且一次雕刻上百件作品,这是西湖大学仇旻实验室团队近期发布的一项三维微纳加工技术。

  近两个月内,该团队在《纳米快报》《纳米尺度》《应用表面科学》等期刊上连续发表了一系列研究成果。
  研究人员介绍,在2018年发布的“冰刻”系统研发的基础上,这次发布的“冰刻2.0”技术以“原料进、成品出”为目标,力争打造从精确定位到精准控制雕刻力度,再到以“冰雕”为模具制作结构、加工器件的一体化系统。
  电子束光刻技术是微纳加工的核心技术之一,而光刻胶是加工过程中非常关键的材料。要在硅晶片上进行纳米尺度的加工,首先要将光刻胶均匀涂抹在晶片表面;用电子束在真空环境中将图案“写”在光刻胶上,对应位置的光刻胶性质发生变化;用化学试剂洗去性质改变的光刻胶,能得到镂空的光刻胶模具;再将金属“填”进镂空位置,使之“长”在晶片表面;最后再用化学试剂将光刻胶清洗干净,去除废料留下金属结构。
  不过,传统电子束光刻技术有一定局限性。“在样品上涂抹光刻胶是传统方法的第一步,这个动作像摊鸡蛋饼,如果铁板不平整,饼就摊不好。抹胶的地方,面积不能太小,否则胶不容易摊开摊匀;材质不能过脆,否则容易破裂。”仇旻实验室助理研究员赵鼎说。
  研究团队将光刻胶换成了冰。他们把样品放入真空设备,先给样品降温再注入水蒸气。在零下140摄氏度左右的真空环境,水蒸气会在样品上凝华成薄薄的冰层。
  水蒸气可以包裹任意形状的表面、轻若无物,使得在脆弱材料上加工变成可能。由于水的特殊性质,加工流程也被极大简化。例如当电子束打在冰层上,冰会气化,这样就能直接雕刻出冰模板,规避了传统化学清洗引起污染和光刻胶残留导致良品率低等问题。
  研究团队给这层冰起名“冰胶”,给冰胶参与的电子束光刻技术起名“冰刻”。研究团队负责人、西湖大学副校长仇旻教授说,从本质上讲,“冰刻”仍属于电子束光刻,但它作为一种绿色且“温和”的加工手段,尤其适用于非平面衬底或者易损柔性材料,甚至生物材料。(完)