纳米打印利用光子或电子诱导聚合或裂解，实现在纳米尺度上对功能材料的生长、组装和构建，在研究和制备新型微纳光学器件、电子器件、生物器件等领域有广阔的发展前景。但同时，纳米打印还面临着的重要挑战是要进一步提升打印特征尺寸的精度，以与当前的集成电路工艺与芯片技术相接轨，尤其是实现亚10纳米特征尺寸打印将能够充分发挥纳米材料的尺寸效应、表面效应、量子效应、局域效应等，为研究新型电子器件、光子器件、量子信息器件等提供有力支撑。然而当前主流的双光子聚合纳米打印路线很难突破50纳米的精度，而近年来快速发展的电子束直写纳米打印虽然在精度上有显著的优势，但也还存在可打印材料类型有限、或效率较低等问题。因此，当前亟需通过引入新的科学机制、发展新的技术路径以实现更高的打印精度。
图1：聚焦电子束纳米打印原理。
图2：聚焦电子束打印最小特征为18 nm，图案高度为110 nm，深宽比接近6:1。（a）打印纳米线的SEM图像；（b）打印纳米线的AFM图像。
图3：聚焦电子束打印氧化铌、硫化钼、氮化钛等功能材料。
我们另辟蹊径，在前期激光打印聚乙烯亚胺—还原糖体系的研究基础上，首次将其应用于电子束纳米打印，发现了其稳定的电子束诱导聚合特性。我们基于这一体系实现了金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物等功能材料的打印，最高实现了18纳米的打印线宽。验证了这一新型电子束敏感体系不仅具有极强的金属离子负载能力、可兼容多类型功能材料纳米打印，而且在进一步提升打印精度极限方面有巨大的发展潜力。此项工作由戴晓副教授与苏州大学能源学院邹贵付教授团队、南京大学电子科学与工程学院张腊宝教授团队共同完成。相关成果近期发表在ACS NANO上（Online, DOI: 10.1021/acsnano. 2c12387）。
下一步，我们将继续深入研究电子束诱导聚乙烯亚胺—还原糖聚合的内在机制，优化技术路径和前驱体性能，力争将打印精度提升到亚10纳米尺度范围。这项研究将极大地丰富纳米打印这一“工具箱”的功能，不仅能够为研究纳米材料的尺寸效应、界面效应、量子效应等拓展新平台，也将为推动我国在亚10纳米尺度上加工和制备技术的发展、突破光刻等领域的卡脖子技术提供新的可能性。
论文标题：All-Water Etching-Free Electron Beam Lithography for On-Chip Nanomaterials
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.2c12387
期刊影响因子：24.3
