亞(ya) 10 nm的結構在集成電路、光子芯片、微納傳(chuan) 感、光電芯片、納米器件等技術領域有著巨大的應用需求（圖1），這對微納加工的效率和精度提出了許多新的挑戰。激光直寫(xie) 作為(wei) 一種高性價(jia) 比的光刻技術，可利用連續或脈衝(chong) 激光在非真空的條件下實現無掩模快速刻寫(xie) ，大大降低了器件製造成本，是一種有競爭(zheng) 力的加工技術。然而，長期以來激光直寫(xie) 技術由於(yu) 衍射極限以及鄰近效應的限製，很難做到納米尺度的超高精度加工。

近期，中國科學院蘇州納米技術與(yu) 納米仿生研究所張子暘研究員與(yu) 國家納米中心劉前研究員合作，在Nano Letters上發表了題為(wei) “5 nm Nanogap Electrodes and Arrays by a Super-resolution Laser Lithography”的研究論文，報道了一種他們(men) 開發的新型5 nm超高精度激光光刻加工方法（DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00978）。

中科院蘇州納米所張子暘研究員團隊長期從(cong) 事微納加工技術的開發、高速光通信半導體(ti) 激光器、超快激光器等的研製工作（ACS Photonics 6, 1581, 2019; Light. Sci. Appl. 6,17170, 2018; ACS Photonics, 5, 1084，2018, Adv. Opt. Photon., 2, 201, 2010; 授權專(zhuan) 利：106449897B）；國家納米中心劉前團隊長期從(cong) 事微納加工方法及設備的創新研究，發展出了多種新型微納加工方法和技術（專(zhuan) 著：Novel Optical Technologies for Nanofabrications; Nano Letters 17,1065,2017; Nature comm. 7,13742,2016; Adv. Mater. 24,3010,2012; 授權專(zhuan) 利：美國US 2011/0111331 A1和日本J5558466）。

圖1 亞(ya) 十納米圖形結構的應用領域和方向。

本研究中使用了研究團隊所開發的具有完全知識產(chan) 權的激光直寫(xie) 設備，利用了激光與(yu) 物質的非線性相互作用來提高加工分辨率，其有別於(yu) 傳(chuan) 統的縮短激光波長或增大數值孔徑的技術路徑；並打破了傳(chuan) 統激光直寫(xie) 技術中受體(ti) 材料為(wei) 有機光刻膠的限製，可使用多種受體(ti) 材料，極大地擴展了激光直寫(xie) 的應用場景。本項工作中，研究團隊針對激光微納加工中所麵臨(lin) 的實際問題出發，很好地解決(jue) 了高效和高精度之間的固有矛盾，開發的新型微納加工技術在集成電路、光子芯片、微機電係統等眾(zhong) 多微納加工領域展現了廣闊的應用前景。

本工作中，基於(yu) 光熱反應機理，研究團隊設計開發了一種新型三層堆疊薄膜結構。在無機鈦膜光刻膠上，采用雙激光束（波長為(wei) 405 nm）交疊技術（見圖2a），通過精確控製能量密度及步長，實現了1/55衍射極限的突破（NA=0.9），達到了最小5 nm的特征線寬。此外，研究團隊還利用這種超分辨的激光直寫(xie) 技術，實現了納米狹縫電極陣列結構的大規模製備（如圖2b-c）。相較而言，采用常規聚焦離子束刻寫(xie) ，製備一個(ge) 納米狹縫電極需要10到20分鍾，而利用本文開發的激光直寫(xie) 技術，可以一小時製備約5×105個(ge) 納米狹縫電極，展示了可用於(yu) 大規模生產(chan) 的潛力。

圖2 雙束交疊加工技術示意圖（左）和5 nm 狹縫電極電鏡圖（右）。

納米狹縫電極作為(wei) 納米光電子器件的基本結構，有著極為(wei) 廣泛的應用。在本研究中，該團隊還利用發展的新技術製備出了納米狹縫電極為(wei) 基本結構的多維度可調的電控納米SERS傳(chuan) 感器。可在傳(chuan) 感器一維方向上對反應“熱點”完成定點可控，實現了類似邏輯門“0”、“1”信號的編碼和重複（圖3a-b），並可通過狹縫間距和外加電壓的改變，實現了對反應“熱點”強度的精確可調（圖3c-d），這對表麵科學和痕量檢測等研究有著重要的意義(yi) 。

圖3 （a）納米SERS傳(chuan) 感器的光學顯微鏡圖； （b）一維線性掃描下拉曼信號譜； （c）不同寬度下拉曼信號譜； （d）不同外加電壓下拉曼信號譜。

該論文第一作者為(wei) 中科院蘇州納米所與(yu) 中國科學技術大學聯合培養(yang) 碩士研究生秦亮。中科院蘇州納米所與(yu) 蘭(lan) 州大學聯合培養(yang) 的博士研究生黃源清和青島大學物理學院夏峰為(wei) 文章的共同第一作者。張子暘研究員和劉前研究員為(wei) 論文的通訊作者。本工作得到了國家重點研究計劃項目(2016YFA0200403)、國家自然科學基金(No.62875222、11874390、51971070)、Eu-FP7項目(No.247644)、中國博士後科學基金(2017M612182)的支持。