近日，新加坡科技設計大學Joel K． W． Yang教授（通訊作者）團隊，首次報道了使用激光直寫技術打印出10納米級的懸空納米網格。該團隊發(fā)現通過控制激光掃描的速度及方向，配合聚合物的張力作用，可以打印出10納米級的懸空納米線。其中最窄的線條可達7納米，幾乎媲美目前精度最高的表面圖案化技術。該方法在用于打印20納米級的懸空網格時可達到80％的成品率。利用這方法，該團隊打印出最小橫向間距為33納米的懸空納米網格。同時，這些納米網格可以用作蒸發(fā)掩板制造納米級的金屬間距。相關成果以題為 “Sub－10－nm Suspended Nano－Web Formation by Direct Laser Writing” 發(fā)表在 Nano Futures 上。

圖1：隨機成核vs 導向成核 vs 正常交聯過程的概要和結果

（a－c）隨機成核：聚合物均勻隨機生成，形成雜亂的納米結構。往往是大結構的副產物。

（d－f）導向成核：利用低于閾值的激光進行導向，形成有規(guī)律的納米結構?？纱蛴?0納米級別的結構

（g－i）正常的交聯過程：激光強度高于閾值，產生足夠多的聚合物形成寬大的結構。這類結構往往在100納米級別。

圖2：激光掃描方向的影響及納米網格的形貌表征

 

（a）A和B是電子掃面顯微鏡圖片，展示了在極低的激光強度下，納米線條展現了隨掃描方向變化的非對稱性。C－F 列舉了不同激光強度下線條寬度及非對稱性的變化

（b）展示了三個不同參數隨激光強度的變化，分別是成品率（Yield），寬度比（Width ratio – 用于比較線條的非對稱性）及最小寬度（Feature Size）。

圖3：最小寬度的納米線

 

展示了小于10納米的線條。

圖4：橫向間距的極限

 

A－D為下圖中不同激光強度下的例子。測量的橫向距離表明，利用打印高度差及極細的納米線條，30納米左右的橫向間距是可實現的。

圖5：利用懸空納米網格作為蒸發(fā)掩膜

 

（a－b）是利用打印高度差及細線條來避免不需要的隨機聚合，極細且規(guī)整的間距可以實現。

（c－d）作為對比，若納米線條都打印在同一高度，不需要的隨機聚合會破壞設計的規(guī)整性。

【小結】

實驗結果表明，通過控制激光掃描速度及方向，10納米級的納米網格是可實現的。利用打印高度差及極細的納米網格，進而可以實現30納米級的橫向間距以及極小且規(guī)整的金屬間距。這項研究展示一種新的可能，即利用現有成熟的激光打印技術，10納米級的納米結構亦是可以實現。目前，完整的機制尚未完全清晰明了，該課題組正致力于更多相關實驗來驗明機制以及完善該方法，使得打印隨意形狀的10納米級三維納米結構成為可能。該成果進一步擴展了激光打印技術的使用范圍。