浙大学者研发出三维微纳加工“冰刻”术

零下130度左右的真空中，水蒸气会凝华成一层超级光滑的冰膜。浙江大学的学者利用这种特殊的“冰”代替传统电子束曝光中的“光刻胶”，制造出精细的三维“微雕”。这一“冰刻”技术有望为新型光电子器件提供技术支撑。

这一成果由浙江大学现代光学仪器国家重点实验室仇旻教授团队完成，日前发表在纳米材料领域权威期刊《纳米通信》上。

电子束曝光技术简称“光刻”，是当前最常用的微纳加工方案，充当模板的是“光刻胶”。理论上光刻的精度可以达到1纳米，但是实际情况下很难，仪器轻微的振动、外界磁场的干扰、操作人员的经验都会影响最终结果。

“目前电子束曝光的精度大约在60-80纳米左右，相当于人头发丝的千分之一。随着微纳器件的小型化、精细化发展，光刻技术步骤繁琐、光刻胶易残留难清洗的局限也越发凸显。”论文第一作者、浙大博士生洪宇说。

“如果用冰来代替光刻胶，当电子束打在冰层上，被打到的冰会‘自行消失’，不存在清洗难题。”仇旻团队设计搭建出一套“冰刻”设备，集制冷组件、注水组件、支撑组件、测温组件于一体，成功将“冰刻”技术推进到三维微纳器件加工领域。

只需冷却、冰层沉积、曝光、材料蒸镀和剥离五个步骤，通过这台构思巧妙的仪器，仇旻团队成功制造出金字塔、蘑菇、桥等三维造型。在简化步骤的同时，还能够保证精度，这些三维造型的分辨率达20纳米，定位精度在100纳米以下。“在平整光滑的冰膜上，电子束可以对冰膜雕刻出更多精巧的立体结构。”洪宇说。

研究人员表示，“冰刻”三维加工技术有望应用到非平面衬底材料或易损柔性材料上，为基于量子点、纳米管、石墨烯、光纤等材料的新型光电子器件提供技术支撑。