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西湖大學突破“冰刻”三維微納加工技術

來源:西湖大學    2020-12-07
近两个月来,西湖大學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,西湖大學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。来到西湖大學后,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。
複旦大學物理系主任、超構材料與超構表面專家周磊教授表示,這項工作對于研發集成度更高、功能性更強的光電器件具有重要的現實意義。“‘冰刻’可以將光學前沿的超構表面與已經廣泛應用的光纖有機結合,既給前者找到了合適的落地平台,又讓後者煥發了新的生機。”他說。

目前,全世界做冰刻的實驗室只有兩個,一個在中國,一個在丹麥。顯然,這不是一個熱門的研究方向,且研發周期很長,想在這個課題上很快發文章並獲得高引用很難。

“但這是一項令人激動的新技術。”仇旻說,“這樣的探索,有可能帶來很大的突破,也有可能什麽都沒有,但這正是基礎研究的意義和樂趣所在。”而當我們把視角放大到中國制造的背景下,在從制造業大國向制造業強國的轉變中,對以微納加工爲代表的超精密加工的探索和創新,正是中國制造指向的未來。
在仇旻團隊最新發表的文章結尾,他們用一種非常科幻的方式展望了“冰刻”的未來。毫無疑問,未來圍繞“冰刻”的研究,將聚焦于那些傳統“光刻”能力無法企及的領域。受益于水這種物質得天獨厚的生物相容性,在生物樣本上“冰刻”光子波導或電子電路有望得以實現。而這將史無前例地提高人爲幹預生物樣本的能力,同時開辟出全新的學科交叉和研究方向。


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