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突破|西湖大学将光刻胶换成冰，突破“冰刻”三维微纳加工技术

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新华社杭州12月3日电 ， 在仅有头发丝八分之一粗细的光纤末端进行“冰刻”加工 ， 且一次雕刻上百件作品 ， 这是西湖大学仇旻实验室团队近期发布的一项三维微纳加工技术 。
近两个月内 ， 该团队在《纳米快报》《纳米尺度》《应用表面科学》等期刊上连续发表了一系列研究成果 。
研究人员介绍 ， 在2018年发布的“冰刻”系统研发的基础上 ， 这次发布的“冰刻2.0”技术以“原料进、成品出”为目标 ， 力争打造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、加工器件的一体化系统 。
【突破|西湖大学将光刻胶换成冰，突破“冰刻”三维微纳加工技术】电子束光刻技术是微纳加工的核心技术之一 ， 而光刻胶是加工过程中非常关键的材料 。 要在硅晶片上进行纳米尺度的加工 ， 首先要将光刻胶均匀涂抹在晶片表面；用电子束在真空环境中将图案“写”在光刻胶上 ， 对应位置的光刻胶性质发生变化；用化学试剂洗去性质改变的光刻胶 ， 能得到镂空的光刻胶模具；再将金属“填”进镂空位置 ， 使之“长”在晶片表面；最后再用化学试剂将光刻胶清洗干净 ， 去除废料留下金属结构 。
不过 ， 传统电子束光刻技术有一定局限性 。 “在样品上涂抹光刻胶是传统方法的第一步 ， 这个动作像摊鸡蛋饼 ， 如果铁板不平整 ， 饼就摊不好 。 抹胶的地方 ， 面积不能太小 ， 否则胶不容易摊开摊匀；材质不能过脆 ， 否则容易破裂 。 ”仇旻实验室助理研究员赵鼎说 。
研究团队将光刻胶换成了冰 。 他们把样品放入真空设备 ， 先给样品降温再注入水蒸气 。 在零下140摄氏度左右的真空环境 ， 水蒸气会在样品上凝华成薄薄的冰层 。水蒸气可以包裹任意形状的表面、轻若无物 ， 使得在脆弱材料上加工变成可能 。 由于水的特殊性质 ， 加工流程也被极大简化 。 例如当电子束打在冰层上 ， 冰会气化 ， 这样就能直接雕刻出冰模板 ， 规避了传统化学清洗引起污染和光刻胶残留导致良品率低等问题 。
研究团队给这层冰起名“冰胶” ， 给冰胶参与的电子束光刻技术起名“冰刻” 。 研究团队负责人、西湖大学副校长仇旻教授说 ， 从本质上讲 ， “冰刻”仍属于电子束光刻 ， 但它作为一种绿色且“温和”的加工手段 ， 尤其适用于非平面衬底或者易损柔性材料 ， 甚至生物材料 。
（原题为《西湖大学突破“冰刻”三维微纳加工技术》）
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