◎ 科技日报记者 刘园园 通讯员 冯怡
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”绝活儿
他们的“冰雕”
小到微米甚至纳米级别
记者12月9日从西湖大学获悉，近两个月来，西湖大学纳米光子学与仪器技术实验室负责人仇旻和他的研究团队在《纳米快报》《纳米尺度》《应用表面科学》等国际知名期刊上，连续发表了一系列关于冰刻的研究成果。
在微米甚至纳米级别的“冰雕”上，该研究团队已经可以实现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——一种新型三维微纳加工系统雏形初现。
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，假如我们要在硅晶片上加工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，我们需要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“科技日报”4个字写在光刻胶上，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。
传统电子束光刻技术的关键步骤。
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，这是传统光刻加工的第一步。这个动作有点像摊鸡蛋饼，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。
光刻胶之短，“冰胶”之长
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，光刻胶之所短恰恰是水之所长。
正如常言道，兵无常势，水无常形。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，哪怕是极小的样品也没有问题；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，一旦将光刻胶换成冰胶，由于水的特殊性质，还能够极大地简化加工流程。
应用冰胶的电子束光刻关键步骤。
“当电子束打在冰层上，被打到的冰自行消失，因为电子束将水分解气化，这样就能直接雕刻出冰模板，不需要像传统光刻那样用化学试剂清洗一遍来形成模具，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。
同理，“光刻”的最后一步，需要再次用化学试剂洗胶，而“冰刻”只需要让冰融化或升华成水蒸气即可，仿佛这层冰胶不曾存在一样。
