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西湖大学突破“冰刻”三维微纳加工技术

来源:西湖大学    2020-12-07
近两个月来,西湖大学仇旻和他的研究团队在Nano Letters、Nanoscale、Applied Surface Science等期刊上,连续发表了一系列研究成果——在小到微米甚至纳米级别的“冰雕”上,他们已然游刃有余——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“wafer in, device out”为目标的“冰刻2.0”三维微纳加工系统雏形初现。

近两个月来,西湖大学仇旻和他的研究团队在Nano Letters、Nanoscale、Applied Surface Science等期刊上,连续发表了一系列研究成果——在小到微米甚至纳米级别的“冰雕”上,他们已然游刃有余——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“wafer in, device out”为目标的“冰刻2.0”三维微纳加工系统雏形初现。
2012年,仇旻从瑞典皇家工学院回国任教后不久,就开启了“冰刻”研究计划。经过六年的努力,他和他的团队将“冰刻”从纸上谈兵变成现实,完成了国内首台“冰刻”系统的研发。来到西湖大学后,仇旻在国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目(自由申请类)的支持下,全力研发功能更加强大的“冰刻系统2.0”。他们希望改变传统电子束光刻繁琐的加工程序,创造出一套全流程一体化、自动化的微纳加工系统——从冰胶形成开始,到模具加工、材料生长、器件性能表征,一气呵成。
复旦大学物理系主任、超构材料与超构表面专家周磊教授表示,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。“‘冰刻’可以将光学前沿的超构表面与已经广泛应用的光纤有机结合,既给前者找到了合适的落地平台,又让后者焕发了新的生机。”他说。

目前,全世界做冰刻的实验室只有两个,一个在中国,一个在丹麦。显然,这不是一个热门的研究方向,且研发周期很长,想在这个课题上很快发文章并获得高引用很难。

“但这是一项令人激动的新技术。”仇旻说,“这样的探索,有可能带来很大的突破,也有可能什么都没有,但这正是基础研究的意义和乐趣所在。”而当我们把视角放大到中国制造的背景下,在从制造业大国向制造业强国的转变中,对以微纳加工为代表的超精密加工的探索和创新,正是中国制造指向的未来。
在仇旻团队最新发表的文章结尾,他们用一种非常科幻的方式展望了“冰刻”的未来。毫无疑问,未来围绕“冰刻”的研究,将聚焦于那些传统“光刻”能力无法企及的领域。受益于水这种物质得天独厚的生物相容性,在生物样本上“冰刻”光子波导或电子电路有望得以实现。而这将史无前例地提高人为干预生物样本的能力,同时开辟出全新的学科交叉和研究方向。


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