晶圆级三维纳米结构与器件的离子束加工新方法

　三维纳米结构与器件具有更大空间自由度、更丰富和新奇的功能特性，在力学、电子学、光子学和生物医学等领域展现出巨大优势和应用前景。然而，三维纳米结构与器件的可控加工仍面临巨大挑战。尽管基于聚焦离子束（FIB）的应变诱导折纸技术为可控加工提供了独特路径，在加工精度和结构自由度控制上展现出显著优势，但FIB逐点扫描的加工模式始终受限于高精度与大面积间的矛盾。

近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心纳米物理与器件实验室N10课题组在前期关于FIB应变诱导三维纳米结构与器件研究的基础上，发展了一种宽束离子束应变诱导加工新方法，实现了晶圆级三维纳米结构与器件的高效率、高一致性可控加工。研究团队采用宽束离子束辐照折纸技术，以“平行加工”替代FIB的“逐点扫描”，在4英寸晶圆上实现所有图案结构同步三维折叠（图a和b），加工时间从数小时压缩至数十秒，大面积一致性超过97%。基于该技术，他们设计并加工出两种不同功能的光子器件，一是由非对称劈裂谐振环阵列构成的手性弯曲超表面，在中红外波段的圆二色性值高达到0.8；另一是由平面光栅整体弯曲形成的曲率可控的等离激元超表面，在可见光波段实现了超过150纳米的共振波长调谐，应用频段范围从红外拓展至可见光波段，为三维集成光子器件走向晶圆级规模化制造奠定了基础（图c和d）。

这种三维纳米结构与器件加工的新方法不仅继承了FIB方法的设计灵活性，更在加工效率和规模化能力上实现了突破，为复杂三维结构与高性能、多功能光子器件设计与加工开辟了新路径，也为进一步应用于高性能的纳米力学、电学和生物医学及集成器件制造等领域创造了条件。

该研究成果以“Unlocking Wafer-Scale 3D Photonic Systems with Ion-Beam-Induced Origami”为题，于2026年7月5日在线发表于《Advanced Materials》。中国科学院物理研究所博士生王艺为论文第一作者，中国科学院物理研究所顾长志研究员和郭阳副研究员为共同通讯作者。该研究受到科技部、国家自然科学基金委员会和中国科学院等项目的资助。

文章链接： http://doi.org/10.1002/adma.73929