Nanoscribe客户成功制作具有纳米级分辨率的3D打印石英结构

近些年来，基于无机材料的纳米尺度三维复杂结构在基础研究和工业应用方面都吸引着全世界科学家和企业研发人员的注意。无机材料与稀土元素的掺杂可实现高Q值（品质因子）的微环谐振器，并且适合于制造无源和有源集成微光子芯片。在所有的无机材料中，二氧化硅（石英）当之无愧是应用场景最广（如应用于微电子学、微光学），原料最易获取的材料之一。同时，传统基于半导体工艺的纳米级三维石英结构的制作过程通常非常复杂，且对设备要求极高，甚至更有涉及到会使用有害的化学物质。此外，对于复杂或非对称类结构，传统的工艺流程甚至不能满足其加工要求。

为此，来自我国清华大学和美国莱斯大学的联合科研团队将目光对准了具有世界上高3D打印精度的Nanoscribe Photonic Professional GT系列双光子打印设备，并且成功制得了分辨率200nm以下的复杂微型石英器件。

该团队自主合成了可进行任意稀土元素（例如Er³⁺, Tm³⁺, Yb³⁺, Eu³⁺ 和 Nd³⁺等）掺杂的含氧化硅纳米颗粒（10 nm）的光刻胶复合材料，以实现不同波段的光致发光。该材料在经由PPGT设备打印显影形成特定结构后，进一步热解烧结以去掉有机材料，只保留聚集的氧化硅材料。

随着温度的持续升高，氧化硅材料能进一步转换成不同结晶态的致密石英。例如，在1,100 °C高温下可产生高质量无定型石英玻璃；而在1,300 °C高温下则产生方石英。值得一提的是，Nanoscribe公司今年也推出了一款新型石英光刻胶材料GP-Silica，欢迎感兴趣的用户向我们咨询。

图示：稀土元素掺杂后光学微腔光致发光曲线

国际最高影响因子的Nature正刊曾报道过，来自弗罗里达的科学家们利用高速旋转的谐振腔实现光的不可逆传输。然而，在现有技术条件下，受限于制作工艺的复杂性，支撑结构需通过光刻、XeF₂等离子体刻蚀制得，而主体盘面的面包圈结构则需通过CO₂激光热回流加工制得。因此，复杂三维结构的回音壁式光学微腔的发展一直进展缓慢。而如今，在Nanoscribe公司PPGT2设备的帮助下，科研人员在实现一次成型的同时，对结构不同部位的强度和形态进行差异化加工，使得最终该回音壁式光学微腔达到最少10⁴的高Q值。

诞生于享有“欧洲麻省理工学院”称号的卡尔斯鲁厄理工大学的Nanoscribe公司，作为高精度3D打印设备的制造商，一直专注于推动力学超材料、微纳机器人及微机电、生物医学工程和微纳光学等创新领域的研究，同时致力于为顶尖大学的科研群体提供各类优化制程方案。