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西湖大學突破“冰刻”三維微納加工技術
2020-12-03 16:50:35 來源: 新華網
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  新華社杭州12月3日電(記者朱涵)在僅有頭髮絲八分之一粗細的光纖末端進行“冰刻”加工,且一次雕刻上百件作品,這是西湖大學仇旻實驗室團隊近期發布的一項三維微納加工技術。

  近兩個月內,該團隊在《納米快報》《納米尺度》《應用表面科學》等期刊上連續發表了一系列研究成果。

  研究人員介紹,在2018年發布的“冰刻”系統研發的基礎上,這次發布的“冰刻2.0”技術以“原料進、成品出”為目標,力爭打造從精確定位到精準控制雕刻力度,再到以“冰雕”為模具製作結構、加工器件的一體化系統。

  電子束光刻技術是微納加工的核心技術之一,而光刻膠是加工過程中非常關鍵的材料。要在硅晶片上進行納米尺度的加工,首先要將光刻膠均勻塗抹在晶片表面;用電子束在真空環境中將圖案“寫”在光刻膠上,對應位置的光刻膠性質發生變化;用化學試劑洗去性質改變的光刻膠,能得到鏤空的光刻膠模具;再將金屬“填”進鏤空位置,使之“長”在晶片表面;最後再用化學試劑將光刻膠清洗乾淨,去除廢料留下金屬結構。

  不過,傳統電子束光刻技術有一定局限性。“在樣品上塗抹光刻膠是傳統方法的第一步,這個動作像攤雞蛋餅,如果鐵板不平整,餅就攤不好。抹膠的地方,面積不能太小,否則膠不容易攤開攤勻;材質不能過脆,否則容易破裂。”仇旻實驗室助理研究員趙鼎説。

  研究團隊將光刻膠換成了冰。他們把樣品放入真空設備,先給樣品降溫再注入水蒸氣。在零下140攝氏度左右的真空環境,水蒸氣會在樣品上凝華成薄薄的冰層。

  水蒸氣可以包裹任意形狀的表面、輕若無物,使得在脆弱材料上加工變成可能。由於水的特殊性質,加工流程也被極大簡化。例如當電子束打在冰層上,冰會氣化,這樣就能直接雕刻出冰模板,規避了傳統化學清洗引起污染和光刻膠殘留導致良品率低等問題。

  研究團隊給這層冰起名“冰膠”,給冰膠參與的電子束光刻技術起名“冰刻”。研究團隊負責人、西湖大學副校長仇旻教授説,從本質上講,“冰刻”仍屬於電子束光刻,但它作為一種綠色且“溫和”的加工手段,尤其適用於非平面襯底或者易損柔性材料,甚至生物材料。

【糾錯】 責任編輯: 趙文涵
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