纳米尺度做冰雕西湖大学“冰刻2.0”首秀
时值冬季，各种美轮美奂的冰雕又要登场。西湖大学科研团队展示了一种 “冰雕”绝活，在薄至300纳米的冰胶上刻画图案，图中最小的微型雪花直径仅1.4微米，所有比例尺长度均为1微米。
传统光刻胶存在局限
要理解他们研发的冰刻技术，需要先了解传统的电子束光刻技术。
举个例子，假如要在硅晶片上加工4个纳米尺度的金属字“科技日报”，按照传统电子束光刻技术大概需要这么几步：第一步，将一种叫光刻胶的材料均匀地涂抹在晶片表面。第二步，用电子束（相当于肉眼看不见的“雕刻刀”）在真空环境中将字写在光刻胶上，对应位置的光刻胶性质会发生变化。然后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，需要将金属 “填”进镂空位置，让它“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。
不难看出，光刻胶是微纳加工过程中非常关键的材料。不过，光刻胶存在一定局限性。
“在样品上涂抹光刻胶，有点像摊鸡蛋饼，如果铁板不平整，饼就摊不好。同时，被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。
全程不涉及化学溶剂
如果把光刻胶换成薄薄的一层冰，会是什么样的效果？
“我们把样品放入真空设备后，先给样品降温，再注入水蒸气，水蒸气就会在样品上凝华成薄薄的冰层。”赵鼎说，光刻胶之短恰恰是水之所长。
在零下140度左右的真空环境中，无常形的水蒸气可以包裹任意形状的表面，而水蒸气的轻若无物，也使在脆弱材料上加工变成可能。
对应光刻胶，科研人员给这层水冰起名“冰胶”，给冰胶参与的电子束光刻技术起名“冰刻”。
科研人员介绍，由于水的特殊性质，还能够极大地简化加工流程。
“当电子束打在冰层上，被打到的冰自行消失，这样就能直接雕刻出冰模板，不需要用化学试剂清洗来形成模具，从而规避了洗胶带来的污染以及难以洗净的光刻胶残留导致良品率低等问题。”赵鼎解释说。
从冰层沉积开始到吹除废料结束，加工全程不涉及化学溶剂。
具有重要的现实意义
“冰刻系统2.0”已在实验中雏形初现，中间圆型的“中转舱”是实现一站式的关键，样品每完成一个步骤，都将被送回到这里，再由机械臂将其送入下个步骤的“操作间”。
总的来说，研究团队从多个维度入手不断提升冰刻技术，并取得一系列重要进展。
实验显示，冰胶去除厚度与电子作用强度呈线性关系。也就是说，“刻刀”在冰上凿刻时，下刀的力越大，刻出的槽就越深。相比之下，使用光刻胶，电子与胶厚之间的关系要复杂得多。
“我们目前可以将只有一个原子层厚度的二维材料‘冰刻’成任意形状，通过人工构造的方式使材料产生奇特的性质。”仇旻实验室博士研究生姚光南说。
赵鼎告诉记者，对于“冰刻 2.0”系统，该团队的目标是实现“原料进，成品出”的一站式微纳加工。具体到技术性能，包括系统更加模块化、加工对象兼容标准晶圆片、工作温度更低以便于探索更多的“冰”材料、集成光电学测量功能等。
赵鼎告诉记者，目前来看冰刻技术的应用场景集中在基于光纤、纳米线、纳米管以及二维材料的新型光电子器件制备。复旦大学物理系主任、超构材料与超构表面专家周磊教授评价说，这项工作对于研发集成度更高、功能性更强的光电器件具有重要的现实意义。
据《科技日报》
传统光刻胶存在局限
要理解他们研发的冰刻技术，需要先了解传统的电子束光刻技术。
举个例子，假如要在硅晶片上加工4个纳米尺度的金属字“科技日报”，按照传统电子束光刻技术大概需要这么几步：第一步，将一种叫光刻胶的材料均匀地涂抹在晶片表面。第二步，用电子束（相当于肉眼看不见的“雕刻刀”）在真空环境中将字写在光刻胶上，对应位置的光刻胶性质会发生变化。然后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，需要将金属 “填”进镂空位置，让它“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。
不难看出，光刻胶是微纳加工过程中非常关键的材料。不过，光刻胶存在一定局限性。
“在样品上涂抹光刻胶，有点像摊鸡蛋饼，如果铁板不平整，饼就摊不好。同时，被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。
全程不涉及化学溶剂
如果把光刻胶换成薄薄的一层冰，会是什么样的效果？
“我们把样品放入真空设备后，先给样品降温，再注入水蒸气，水蒸气就会在样品上凝华成薄薄的冰层。”赵鼎说，光刻胶之短恰恰是水之所长。
在零下140度左右的真空环境中，无常形的水蒸气可以包裹任意形状的表面，而水蒸气的轻若无物，也使在脆弱材料上加工变成可能。
对应光刻胶，科研人员给这层水冰起名“冰胶”，给冰胶参与的电子束光刻技术起名“冰刻”。
科研人员介绍，由于水的特殊性质，还能够极大地简化加工流程。
“当电子束打在冰层上，被打到的冰自行消失，这样就能直接雕刻出冰模板，不需要用化学试剂清洗来形成模具，从而规避了洗胶带来的污染以及难以洗净的光刻胶残留导致良品率低等问题。”赵鼎解释说。
从冰层沉积开始到吹除废料结束，加工全程不涉及化学溶剂。
具有重要的现实意义
“冰刻系统2.0”已在实验中雏形初现，中间圆型的“中转舱”是实现一站式的关键，样品每完成一个步骤，都将被送回到这里，再由机械臂将其送入下个步骤的“操作间”。
总的来说，研究团队从多个维度入手不断提升冰刻技术，并取得一系列重要进展。
实验显示，冰胶去除厚度与电子作用强度呈线性关系。也就是说，“刻刀”在冰上凿刻时，下刀的力越大，刻出的槽就越深。相比之下，使用光刻胶，电子与胶厚之间的关系要复杂得多。
“我们目前可以将只有一个原子层厚度的二维材料‘冰刻’成任意形状，通过人工构造的方式使材料产生奇特的性质。”仇旻实验室博士研究生姚光南说。
赵鼎告诉记者，对于“冰刻 2.0”系统，该团队的目标是实现“原料进，成品出”的一站式微纳加工。具体到技术性能，包括系统更加模块化、加工对象兼容标准晶圆片、工作温度更低以便于探索更多的“冰”材料、集成光电学测量功能等。
赵鼎告诉记者，目前来看冰刻技术的应用场景集中在基于光纤、纳米线、纳米管以及二维材料的新型光电子器件制备。复旦大学物理系主任、超构材料与超构表面专家周磊教授评价说，这项工作对于研发集成度更高、功能性更强的光电器件具有重要的现实意义。
据《科技日报》