三维微纳加工领域迎来精妙“冰刻”术

科技日报杭州7月23日电 (记者江耘)在-130℃附近的真空中，水蒸气会凝华成一层超级光滑的薄冰。近日，浙江大学科研人员用这种特殊的“冰”代替传统电子束曝光中的光刻胶，做出了微纳尺度的三维金属结构。这一新颖、简便的“冰刻”术有望在三维微纳加工中大显身手。

据了解，当前最常用的微纳加工方案为电子束曝光技术，简称“光刻”。实际操作中光刻的精度约在60—80纳米，但这已满足不了微纳器件的小型化、精细化等日益突出的需求。

6年前，刚回国的仇旻就提出用冰来做光刻胶并运用在三维微纳器件加工领域上的设想。如今，浙江大学现代光学仪器国家重点实验室仇旻教授团队经过6年研发，搭建了一条全新的集制冷组件、注水组件、支撑组件、测温组件于一身的扫描电镜。

“我们在电镜上进行纳米冰膜的制备，又可将冰膜移动到金属沉积台。这是一个全程‘冷链’的移动操作台。”参与研发的洪宇博士说。

通过这台仪器，仇旻团队成功制造出金字塔、蘑菇、桥等三维造型，并保证了作品的精度——分辨率达20纳米，定位精度达到100纳米以下。

仇旻介绍，“冰刻”术最大的难点在于找到平整纳米冰膜，团队不断实验寻找到了真空中-130℃附近，恰好是水蒸气凝华成无定形冰的条件。

平整的冰膜让电子束可以对冰雕刻出更多精巧的立体结构。“我们还尝试在一根头发丝千分之一粗细的纳米银线上，安放了一块纳米银牌。”洪宇说。

该技术目前已在Nano Letter杂志发表论文。仇旻认为，该技术为基于量子点、纳米管、纳米线、石墨烯、光纤等材料的新型光电子器件创造更多可能。