近日，光子芯片研究院陳希教授在《科學(xué)》旗下期刊《超快科學(xué)》（Ultrafast Science）上發(fā)表題為“用于制作90納米超衍射極限精度石墨烯圖案的雙光束超快激光直寫技術(shù)”（Two-beam ultrafast laser scribing of graphene patterns with 90 nm sub-diffraction feature size）的研究成果，陳希教授為第一作者，上海理工大學(xué)為第一單位，陳希教授、顧敏院士為通訊作者。“石墨烯是碳基電路的基礎(chǔ)材料，這項雙光束石墨烯激光光刻工藝會為新一代微納米碳基電路的制造提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐?！鳖櫭粼菏空劦?。
2014年，諾貝爾化學(xué)獎授予了發(fā)明超分辨率熒光顯微技術(shù)的德國科學(xué)家斯特凡·W·赫爾、美國科學(xué)家埃里克·白茲格和美國科學(xué)家威廉姆·艾斯科·莫爾納爾。受這項工作的啟發(fā)，上海理工大學(xué)光子芯片研究院的科研工作者研發(fā)了一種新型的激光光刻技術(shù)，用于制造超精細(xì)的石墨烯圖案，這一發(fā)現(xiàn)打破了碳基光刻技術(shù)向納米尺度發(fā)展的衍射極限障礙。
據(jù)了解，石墨烯的激光直寫圖案化被廣泛應(yīng)用于多種電學(xué)器件的性能突破。在傳統(tǒng)的石墨烯圖案直寫過程中，研究人員通常使用單光束光刻過程驅(qū)動氧化石墨烯的光還原，從而形成石墨烯圖案。由于光學(xué)衍射極限的限制，目前所報道的激光直寫石墨烯圖案的線寬在微米量級，因此制作超越衍射極限尺度的激光直寫石墨烯圖案成為光刻領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)。
最近，基于超分辨率熒光顯微技術(shù)這一諾貝爾獎級成果，有科研工作者報道了一種應(yīng)用于光刻膠的雙光束激光光刻技術(shù)，就類似于使用一道“甜甜圈形”的環(huán)形光束，來抑制寫入光束所觸發(fā)的光刻膠反應(yīng)，由此產(chǎn)生線寬超越衍射極限尺度的超精細(xì)光刻膠圖案。而光子芯片研究院則致力于尋找到一條用于制造超精細(xì)石墨烯圖案的雙光束光刻路徑，即控制“甜甜圈形”的石墨烯還原激光光束和“球形”的石墨烯氧化激光光束，用于超精細(xì)石墨烯圖案的制造。“球形光束負(fù)責(zé)將激光直寫石墨烯轉(zhuǎn)化為氧化態(tài)激光直寫石墨烯，將激光直寫石墨烯的光刻線分裂成兩條具有超越衍射極限尺度的光刻線，從而通過雙光束光刻實現(xiàn)了最小線寬為90納米的激光直寫石墨烯圖案。”陳希解釋道。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金委員會和上海市科委等單位的支持。
論文原理圖
論文鏈接：
https://spj.science.org/doi/10.34133/ultrafastscience.0001
供稿：光子芯片研究院
