據(jù)中科院官網(wǎng)報(bào)道，近日，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張子旸與國(guó)家納米中心研究員劉前合作，在Nano Letters上發(fā)表了題為5 nm Nanogap Electrodes and Arrays by a Super-resolution Laser Lithography的研究論文，報(bào)道了一種新型5nm超高精度激光光刻加工方法。

傳統(tǒng)上，激光直寫可利用連續(xù)或脈沖激光在非真空的條件下實(shí)現(xiàn)無掩?？焖倏虒?，降低了器件制造成本，是一種有競(jìng)爭(zhēng)力的加工技術(shù)。然而，激光直寫技術(shù)由于衍射極限以及鄰近效應(yīng)的限制，很難做到納米尺度的超高精度加工。

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蘇州納米所張子旸團(tuán)隊(duì)基于光熱反應(yīng)機(jī)理設(shè)計(jì)開發(fā)了一種新型三層堆疊薄膜結(jié)構(gòu)。在無機(jī)鈦膜光刻膠上，采用雙激光束（波長(zhǎng)為405nm）交疊技術(shù)（圖a），通過精確控制能量密度及步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了1/55衍射極限的突破（NA=0.9），達(dá)到了最小5nm的特征線寬。此外，研究團(tuán)隊(duì)利用這種超分辨的激光直寫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了納米狹縫電極陣列結(jié)構(gòu)的大規(guī)模制備（圖b-c）。

相較而言，采用常規(guī)聚焦離子束刻寫，制備一個(gè)納米狹縫電極需要10到20分鐘，而利用本文開發(fā)的激光直寫技術(shù)，可以一小時(shí)制備約5×105個(gè)納米狹縫電極，展示了可用于大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。

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該研究使用了研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的激光直寫設(shè)備，利用激光與物質(zhì)的非線性相互作用來提高加工分辨率，有別于傳統(tǒng)的縮短激光波長(zhǎng)或增大數(shù)值孔徑的技術(shù)路徑，打破了傳統(tǒng)激光直寫技術(shù)中受體材料為有機(jī)光刻膠的限制，可使用多種受體材料，擴(kuò)展了激光直寫的應(yīng)用場(chǎng)景。

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研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)激光微納加工中所面臨的實(shí)際問題出發(fā)，解決了高效和高精度之間的固有矛盾，開發(fā)的新型微納加工技術(shù)在集成電路、光子芯片、微機(jī)電系統(tǒng)等眾多微納加工領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。

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小貼士：光刻技術(shù)的種類

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觀察者網(wǎng)查詢發(fā)現(xiàn)，激光直寫技術(shù)是基于光學(xué)的無掩模光刻技術(shù)的一種。近年來，隨著光刻分辨率的不斷提高，掩模的成本呈直線上升的態(tài)勢(shì)，無掩模光刻技術(shù)也成為研究熱點(diǎn)。

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無掩模光刻技術(shù)的種類較多，主要分為基于光學(xué)的無掩模光刻技術(shù)和非光學(xué)無掩模光刻技術(shù)兩大類。去年曝光通過驗(yàn)收的中科院研制的“超分辨光刻裝備”，其采用的表面等離子體（surface plasma，SP）光刻法則是非光學(xué)無掩模光刻技術(shù)的一種。

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除了無掩模光刻技術(shù)，目前主流的光刻技術(shù)還有極紫外光刻技術(shù)和納米壓印技術(shù)。

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其中極紫外光刻技術(shù)是最有可能達(dá)到量產(chǎn)化要求的光刻技術(shù)。極紫外光刻技術(shù)使用波長(zhǎng)為13.5 nm的極紫外光，經(jīng)過由80層Mo—Si結(jié)構(gòu)多層膜反射鏡組成的聚光系統(tǒng)聚光后，照明反射式掩模，經(jīng)縮小反射投影光學(xué)系統(tǒng)，將反射掩模上的圖形投影成像在硅片表面的光刻膠上。

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納米壓印光刻技術(shù)則采用高分辨率電子束等方法將納米尺寸的圖形制作在“印章”上，然后在硅片上涂上一層聚合物，用已刻有納米圖形的硬“印章”“壓印”聚甲基丙烯酸甲酯涂層使其發(fā)生變形，從而實(shí)現(xiàn)圖形的復(fù)制。