新一代激光直写技术的研究与进展

skysun000001 2021-09-21

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激光直写技术是一种无需掩模、适用面广、性价比高的微纳米加工手段，目前已经广泛应用于微机电系统、掩模板、微流控、微纳光学器件、超材料等微纳米制造领域。随着纳米技术的飞速发展，器件和结构变得越来越小，面对的场景也越来越复杂多样。为了满足这些新的发展需求，新一代激光直写系统采用了激光与物质非线性相互作用的新原理，在技术上实现了两个突破（如图1所示）：（1）突破了衍射极限的限制，实现了超衍射加工；（2）打破了受体材料仅能使用有机光刻胶的限制，实现了在各种材料也包括有机光刻胶上的激光直写。这些突破赋予了激光直写技术许多新的内涵，极大地拓宽了激光直写的应用场景。

近日，国家纳米科学中心刘前研究员课题组受邀撰写的新一代激光直写的综述论文已经在 Materials Today Nano 线上发表，论文分析了激光直写技术面临的挑战，全面描述了新一代激光直写技术在原理、设备、技术方法和应用上的创新与进展。

图1. 超衍射加工和多受体材料的实现

目前为止，基于新一代激光直写已经发展出了很多特色加工技术，如可设计纳米带阵列、一步法制备纳米隧道、超光滑纳米沟壑、纳米电极、纳米灰度掩模、MEMS结构、表面亲疏水结构、图案化量子点、有序可控褶皱结构以及纳米透镜阵列等（如图2所示），展示了新一代激光直写的广阔应用前景。

图2. 各种材料上各种结构的制造

大量的实验研究已经证明了新一代激光直写系统的可靠性，同时证明了此系统可利用多样化的加工反应机理，如氧化、切削、凝固、熔化、光化学反应、引导自组装等。事实上，千万种材料，每一种都可以和新一代激光直写结合，写出自己的故事，加之不同的相互作用原理，为使用激光直写探索前沿提供了许多新的可能和一个巨大的舞台。基于新原理的新一代激光直写系统在国家仪器设备重大研发项目的支持下，已经在苏州华维纳纳米科技有限公司实现了商业化，成为唯一具有自主知识产权的系列国产激光直写设备，并获得国家高新技术产品称号。工欲善其事, 必先利其器，新一代激光加工系统已经开始服务于多个领域的研究机构并参与到其前沿研究课题中，为研究人员在探索新的微纳米效应，寻找独特的制造技术、构建新型纳米器件等领域提供了独特、灵活的制造加工技术手段。