材料科学研究中的光刻技术

新材料的光刻技术

说明
在纳米和微米尺度上处理材料时，必须关注图案和器件尺寸对材料性能的影响。
直接写入光刻技术为在这些尺度上修改和塑造材料提供了一种灵活的方法，从而能够控制一系列物理性能。海德堡仪器公司的DWL和MLA系列采用直接写入激光光刻技术，用于制作微米尺度的图案、结构和纹理，以及电子器件和测量用的接触点。

此外，热扫描探针光刻（t-SPL）可用于在纳米尺度上启动材料修改，并具有施加局部加热的附加能力。 NanoFrazor 提供了一种高度精确且多功能的光刻工具，允许在纳米尺度的材料上施加超快速加热、冷却和高局部压力，从而打开通往在宏观尺度上可能无法获得的物质状态的途径。

这些直接写入光刻技术可用于研究和控制材料的物理特性，在高性能电子器件、能源存储和水净化等领域具有潜在的应用前景。随着图案和器件尺寸的不断缩小，直接写入光刻技术为纳米技术的持续发展提供了一条前景广阔的道路。

下面列出了一些与材料科学和适用于该应用的系统有关的图片。
要求
在任意材料上绘制图案

非侵入性光刻

局部加热

精确的温度控制
解决方案
热转换

用于在纳米级局部生成改性材料和新材料（NanoFrazor）

精确叠合

用于将电极对准纳米级材料，无需对准标记（NanoFrazor）

无需无尘室

使用新型材料的高分辨率光刻技术

非侵入性光刻

用于保存敏感材料的物理特性，否则这些材料会因带电粒子辐照或与空气接触而受损或毁坏（手套箱溶液）

在纳米和微米尺度上处理材料时，必须关注图案和器件尺寸对材料性能的影响。
直接写入光刻技术为在这些尺度上修改和塑造材料提供了一种灵活的方法，从而能够控制一系列物理性能。海德堡仪器公司的DWL和MLA系列采用直接写入激光光刻技术，用于制作微米尺度的图案、结构和纹理，以及电子器件和测量用的接触点。

此外，热扫描探针光刻（t-SPL）可用于在纳米尺度上启动材料修改，并具有施加局部加热的附加能力。 NanoFrazor 提供了一种高度精确且多功能的光刻工具，允许在纳米尺度的材料上施加超快速加热、冷却和高局部压力，从而打开通往在宏观尺度上可能无法获得的物质状态的途径。

这些直接写入光刻技术可用于研究和控制材料的物理特性，在高性能电子器件、能源存储和水净化等领域具有潜在的应用前景。随着图案和器件尺寸的不断缩小，直接写入光刻技术为纳米技术的持续发展提供了一条前景广阔的道路。

下面列出了一些与材料科学和适用于该应用的系统有关的图片。

在任意材料上绘制图案

非侵入性光刻

局部加热

精确的温度控制

热转换

用于在纳米级局部生成改性材料和新材料（NanoFrazor）

精确叠合

用于将电极对准纳米级材料，无需对准标记（NanoFrazor）

无需无尘室

使用新型材料的高分辨率光刻技术

非侵入性光刻

用于保存敏感材料的物理特性，否则这些材料会因带电粒子辐照或与空气接触而受损或毁坏（手套箱溶液）

应用图像

材料科学：微米级平顶柱结构可通过图案化实现 — 使用 MLA 150 无掩模对准设备制作的顶部为 2×2 微米的微米级平顶柱结构。（图片来源：EPFL 微纳技术中心）

材料科学：PS-b-PMMA 层状结构的有向自组装 — 材料科学：PS-b-PMMA 层状结构在 25 nm HP NanoFrazor 图案（右）上实现有向自组装（左为无导向图案对照）。（图片来源：西班牙 CNM-IMB 巴塞罗那）

NanoFrazor 可实现对 MoS₂ 的优异电接触 — 使用 NanoFrazor 在单层 MoS₂ 上制作的几乎无肖特基势垒的金属接触 (Courtesy of Prof. Elisa Riedo, NYU, see Nat.Electr.2019)

使用 NanoFrazor 探针创建的铁电 PZT 纳米结构 — 加热的 NanoFrazor 探针通过局部结晶制备铁电 PZT 纳米结构. (Courtesy of Riedo group, NYU, published by Kim et al. in Adv. Mat. 2011)

材料科学中使用的离子刻蚀方块图像 — 通过 NanoFrazor 制作的 100 nm 方块图案，随后在粗糙氧化铁膜上进行离子刻蚀的扫描电镜图像

材料科学中使用的单根镍纳米线 — 用于研究 Co-Ni 合金磁热电效应和磁阻效应的单根镍纳米线 (Courtesy of Tim Boehnert, University of Hamburg)

材料科学：NanoFrazor 可用于高分辨率直接去除特定材料；此处为钙钛矿。 — NanoFrazor 可用于高分辨率直接去除特定材料；此处对钙钛矿晶体（插图）进行了图案化处理。(Courtesy of Hemayyet Uddin (MCN, Melbourne), in cooperation with Heidelberg Instruments Nano)

材料科学：使用热致变色超分子聚合物实现荧光对比度。 — 通过激基缔合物解聚，热猝灭热致变色超分子聚合物以获得荧光对比度。 (Courtesy of LMIS1 at EPFL, published by Zimmermann et al. in ACS Appl. Mat. & Int. 9, 2017)

合适的系统

µMLA 无掩模光刻系统

无掩膜对准器

可配置的紧凑型台式无掩模对准仪，配有光栅扫描和矢量曝光模块。

DWL 66⁺ 激光直写光刻系统

直接写入激光光刻系统

我们最灵活的系统，适用于研发和快速原型制作，分辨率低至 200 nm，并具备专业级灰度曝光能力。

MLA 150 无掩模光刻系统

无掩膜对准器

用于快速原型制作的最快无掩模工具，是掩模校准器的替代品。非常适合标准二进制光刻。

NanoFrazor 纳米制造系统

热扫描探针光刻系统

多功能模块化工具，集成热扫描探针光刻、直接激光升华及先进自动化技术，助力前沿研发。