在八分之一发丝粗细的光纤末端同时雕刻上百件“冰雕”

冰刻研究取得新突破

光明日报记者 晋浩天 光明日报通讯员 冯怡 俞熙娜

还记得儿时看过的冰雕展吗?宫殿、动物、丛林,让人不得不赞叹匠人的高超技艺。

如果,这样的冰雕是在仅有八分之一头发丝粗细的光纤末端上,并且同时雕刻上百件,那又是怎样的风景?

过去两个月,西湖大学仇旻研究团队,在《纳米快报》《纳米尺度》《应用表面科学》等期刊连续发表一系列研究成果,对小到微米甚至纳米级别的“冰雕”游刃有余,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,一套以“原料进、成品出”为目标的“冰刻2.0”三维微纳加工系统雏形初现。

“其实我们只是把传统电子束光刻技术中的‘光刻胶’换成了冰”,西湖大学光学工程讲席教授、副校长仇旻说。但这一换,却换出了一片全新的想象空间。

仇旻团队部分成员合影。西湖大学供图

什么是“冰刻”

如何用巧克力粉在奶油蛋糕表面撒出“生日快乐”四个字?你需要一片模具,模具上有镂空的“生日快乐”字样。巧克力粉透过模具撒落到蛋糕上,“生日快乐”四个字就出现了。

类似的原理,也应用在传统的电子束光刻技术中(微纳加工的核心技术之一)。

假设我们要在硅晶片上加工纳米尺度的金属字,我们首先需要将一种叫“光刻胶”的材料均匀地涂抹在晶片表面;用电子束,相当于肉眼看不见的“雕刻刀”,在真空环境中将金属字写在光刻胶上,对应位置的光刻胶性质会发生变化;再用化学试剂洗去改性部分的胶,一片“镂空”的光刻胶模具就做好了;接下来便是将金属“填”进镂空位置,使之“长”在晶片表面;最后再用化学试剂将所有光刻胶清洗干净,去除废料后只留下金属字。

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