在僅有頭發(fā)絲八分之一粗細(xì)的光纖末端進(jìn)行“冰刻”加工，且一次雕刻上百件作品，這是西湖大學(xué)仇旻實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)近期發(fā)布的一項(xiàng)三維微納加工技術(shù)。
近兩個(gè)月內(nèi)，該團(tuán)隊(duì)在《納米快報(bào)》《納米尺度》《應(yīng)用表面科學(xué)》等期刊上連續(xù)發(fā)表了一系列研究成果。
研究人員介紹，在2018年發(fā)布的“冰刻”系統(tǒng)研發(fā)的基礎(chǔ)上，這次發(fā)布的“冰刻2.0”技術(shù)以“原料進(jìn)、成品出”為目標(biāo)，力爭(zhēng)打造從精確定位到精準(zhǔn)控制雕刻力度，再到以“冰雕”為模具制作結(jié)構(gòu)、加工器件的一體化系統(tǒng)。
電子束光刻技術(shù)是微納加工的核心技術(shù)之一，而光刻膠是加工過(guò)程中非常關(guān)鍵的材料。要在硅晶片上進(jìn)行納米尺度的加工，首先要將光刻膠均勻涂抹在晶片表面;用電子束在真空環(huán)境中將圖案“寫”在光刻膠上，對(duì)應(yīng)位置的光刻膠性質(zhì)發(fā)生變化;用化學(xué)試劑洗去性質(zhì)改變的光刻膠，能得到鏤空的光刻膠模具;再將金屬“填”進(jìn)鏤空位置，使之“長(zhǎng)”在晶片表面;最后再用化學(xué)試劑將光刻膠清洗干凈，去除廢料留下金屬結(jié)構(gòu)。
不過(guò)，傳統(tǒng)電子束光刻技術(shù)有一定局限性。“在樣品上涂抹光刻膠是傳統(tǒng)方法的第一步，這個(gè)動(dòng)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(zhì)不能過(guò)脆，否則容易破裂。”仇旻實(shí)驗(yàn)室助理研究員趙鼎說(shuō)。
研究團(tuán)隊(duì)將光刻膠換成了冰。他們把樣品放入真空設(shè)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(huán)境，水蒸氣會(huì)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(wú)物，使得在脆弱材料上加工變成可能。由于水的特殊性質(zhì)，加工流程也被極大簡(jiǎn)化。例如當(dāng)電子束打在冰層上，冰會(huì)氣化，這樣就能直接雕刻出冰模板，規(guī)避了傳統(tǒng)化學(xué)清洗引起污染和光刻膠殘留導(dǎo)致良品率低等問(wèn)題。
研究團(tuán)隊(duì)給這層冰起名“冰膠”，給冰膠參與的電子束光刻技術(shù)起名“冰刻”。研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、西湖大學(xué)副校長(zhǎng)仇旻教授說(shuō)，從本質(zhì)上講，“冰刻”仍屬于電子束光刻，但它作為一種綠色且“溫和”的加工手段，尤其適用于非平面襯底或者易損柔性材料，甚至生物材料。(記者朱涵)
關(guān)鍵詞： 西湖大學(xué) 三維微納加工技術(shù)
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