華中科技大學(xué)集成電路學(xué)院曾雙雙教授團隊聯(lián)合加拿大阿爾伯塔大學(xué)Tian Tian教授、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Chih-Jen Shih教授團隊，合作開發(fā)了一種適用于多種材料的納米圖案化新方法。該研究成果于2025年4月11日發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）,題為《利用分子束全息光刻技術(shù)實現(xiàn)復(fù)雜三維表面的直接納米圖案化與自對準(zhǔn)超晶格結(jié)構(gòu)的構(gòu)建》（Direct nanopatterning of complex 3D surfaces and self-aligned superlattices via molecular-beam holographic lithography），華中科技大學(xué)集成電路學(xué)院為論文第一完成單位。

傳統(tǒng)光刻技術(shù)通常依賴光刻膠模板，并需通過刻蝕或剝離工藝完成圖案轉(zhuǎn)移，工藝流程復(fù)雜，且在多材料體系中常受材料兼容性限制。部分現(xiàn)有的直接圖案化方法雖簡化了流程，但在構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)或?qū)崿F(xiàn)高精度對準(zhǔn)方面仍存在挑戰(zhàn)。

本研究提出一種基于分子束莫爾干涉效應(yīng)的全新圖案化策略，即 “分子束全息光刻技術(shù)”。該方法無需使用光刻膠，可對任意可蒸發(fā)材料（包括金屬、氧化物和有機半導(dǎo)體等）直接形成高分辨率納米圖案，并可適用于復(fù)雜三維表面和超晶格結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。其核心原理是通過精確控制材料束流穿過納米掩膜時的投影角度，使其在襯底上形成類似于干涉光刻中相干激光束干涉的圖案，實現(xiàn)高精度自對準(zhǔn)與納米結(jié)構(gòu)控制。

圖1. 分子束全息光刻工作示意圖

通過控制沉積過程中的傾斜角度，從不同角度穿過掩膜結(jié)構(gòu)的分子束可以形成一維沉積疊加，獲得如下圖所示的莫爾圖案。

圖2. 一維沉積疊加獲得的莫爾圖案

通過對沉積過程中傾斜角度和旋轉(zhuǎn)角度的協(xié)同調(diào)節(jié)，結(jié)合我們自主開發(fā)的計算光刻算法，可以形成二維沉積疊加獲得下述的復(fù)雜三維表面。

圖3. 二維沉積疊加獲得的復(fù)雜三維表面

此外，利用分子束全息光刻的自對準(zhǔn)特性，我們成功實現(xiàn)了多種材料圖案的自對準(zhǔn)疊加，從而構(gòu)建了從二元到五元的超晶格結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵尺寸和圖案疊加精度分別達到約50納米和2納米的量級。

圖4. 不同材料沉積形成的自對準(zhǔn)超晶格結(jié)構(gòu)

該工藝有望大幅拓展材料組合的邊界，為在任意基底上實現(xiàn)具有平移對稱性的復(fù)雜超結(jié)構(gòu)的高通量制備提供可能，進而推動新興納米成像、傳感、催化與光電子器件的發(fā)展。