浙江在线12月4日讯（记者 严粒粒 通讯员 冯怡）在西湖大学纳米光子学与仪器技术实验室，一项关键材料科技创新正在逐渐成型。
记者近日从西湖大学获悉：经过8年探索，仇旻研究团队在《纳米快报》等期刊上连续发表了系列研究成果，“冰刻2.0”三维微纳加工系统雏形初现。
基于2年前完成研发的“冰刻”系统，“冰刻2.0”技术有望改变传统电子束光刻的繁琐加工程序，形成一套“材料进、成品出”的全流程一体化、自动化微纳加工系统。
“其实，我们只是把传统电子束光刻技术中的光刻胶换成了冰。”研究团队负责人、西湖大学副校长仇旻说。这一换，换出了一条崭新的、有望开辟出重大发展与应用前景的技术路线。
光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一。所以有人说，中国要制造芯片，就要打破国外对光刻胶的垄断。
谈到“冰刻2.0”技术的创意，科研人员形象地举了一个例子。
如何用巧克力粉在奶油蛋糕表面洒出“生日快乐”？只需要一片有镂空“生日快乐”字样的模具。把来自宏观世界的灵感应用到微纳结构加工中，就是当前最常用的微纳加工方案之一——电子束光刻技术。
在传统的电子束光刻技术中，要在硅晶片上进行纳米尺度的加工，首先要将光刻胶均匀地涂抹在晶片表面；而后，用电子束在真空环境中将图案写在光刻胶上，对应位置的光刻胶性质会发生变化；之后，用化学试剂洗去性质改变的光刻胶，一片镂空的光刻胶模具就做好了。接下来，将金属“填”进镂空位置，使之“长”在晶片表面。最后，再用化学试剂将所有光刻胶清洗干净，去除废料后只留下金属结构。
不过，传统电子束光刻技术有一定局限性。“在样品上涂抹光刻胶，这是传统光刻加工的第一步。这个动作有点像摊鸡蛋饼，如果铁板不平整，饼就摊不好。同时，被抹胶的地方，面积不能太小，否则胶不容易摊开摊匀；材质不能过脆，否则容易破裂。”仇旻实验室助理研究员赵鼎说。
光刻胶之所短，恰恰是水之所长。
研究人员把样品放入真空设备后，先给样品降温，再注入水蒸气。在零下140摄氏度左右的真空环境，水蒸气会在样品上凝华成薄薄的冰层。一方面水蒸气可以包裹任意形状、大小不拘的样品表面；另一方面，水蒸气的轻若无物，也使得在脆弱材料上加工变成可能。对应光刻胶，研究团队给这层冰起名“冰胶”，给冰胶参与的电子束光刻技术起名“冰刻”。
当电子束打在冰层上，冰会气化，这样就能直接雕刻出冰模板，不需要像传统光刻那样用化学试剂清洗一遍来形成模具，从而规避了洗胶带来的污染，以及难以洗净的光刻胶残留导致良品率低等问题。这样可以极大地简化加工流程。
“冰刻”原理简单明了，但仪器的研制则异常艰辛。自2018年研发出“冰刻”系统后，研究团队进一步从定位精度、雕刻力度以及冰在电子作用下与材料发生的独特反应等多维度入手，持续研究，以提升“冰刻”技术。
仇旻说，本质上“冰刻”仍属于电子束光刻。但它作为一种绿色且“温和”的加工手段，尤其适用于非平面衬底或者易损柔性材料，甚至为生物材料加工创造更多可能。
