河北
一项新技术帮助科学家在室温下于芯片材料上刻出纳米级图案。该技术借助材料的晶体结构，直接在设备用的硬质材料（比如二氧化硅）上刻出纳米级图案。
这种方法可能让芯片更容易同时处理电子和光信号，图案化起来也更省事，有助于推动下一代光子学和光电子器件的发展。
材料在室温下也能慢慢变形
“在电子束照射下，二氧化硅里的原子键会重新排列，因此材料在室温下也能慢慢变形，”莱斯大学材料科学与纳米工程助理教授、这项研究的通讯作者李海妍说。
“挑战在于，二氧化硅在电子束下不会自己变形——还得有个应力源。我们琢磨着用α-三氧化钼来当这个应力源。”
研究人员把材料放到电子束底下，这么一来就产生了定向应力，结果就形成了一种有规律的图案，上面一排排波纹间距都差不多，跟晶体内部的结构对得整整齐齐。
硬质材料容易开裂或形成无规则缺陷
“在这项工作中，我们将原子级别的各向异性转换成数百纳米尺度的褶皱，”李说。“这些波纹远小于头发丝的宽度，能够弯曲和分散光线，就像CD上的纹路形成彩虹色一样。这使得它们可用作光学光栅，也就是在芯片上导光的结构。”
研究人员还发现，硬质材料在机械应力图案化时容易开裂或形成随机性缺陷。因此，尽管基于褶皱的图案化技术不用标准芯片制造中涉及的复杂工艺就能做出纳米级结构，但人们一般认为使用该技术需要柔软、弹性好的基板。
该团队还展示了一种在硬质绝缘材料上应用皱纹图案的新方法。此外，通过调整各向异性层的厚度或电子束的强度，就能改变图案。
“这项研究很实用，因为制作纳米级皱纹状图案的传统方法通常步骤多、成本高，还得用化学处理，这些处理可能弄脏芯片表面，”Lee说。“用我们的方法，在室温下一步就能搞定。”
图案做好后，这层α-三氧化钼就能轻松从二氧化硅上撕下来。
研究人员说，他们发现，在其他常见绝缘材料上，比如氧化铝和氮化硅，也有类似效果，这说明这个方法可能对半导体制造里用到的材料都管用。能直接在标准芯片材料上做出光学结构，这就能让光技术更容易装进未来的设备里。
研究团队把一层各向异性晶体铺在二氧化硅上，然后用电子束照它们。这样一来，α-三氧化钼在应力下弯曲，同时下方的二氧化硅也软化了。
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