在集成光子学与纳米制造技术高速发展的背景下，微纳光学器件正朝着高性能化与可重构化方向演进。硫化锑(Sb₂S₃)材料凭借其高折射率、低光学损耗及独特的相变特性，已成为片上光子器件研发的关键候选材料。但传统光刻技术存在工艺流程冗长、成本高昂等问题，而现有飞秒激光加工技术多以负性刻蚀或直接烧蚀为主，难以兼顾高分辨率与表面质量，导致Sb₂S₃材料的加工精度与器件性能受限，严重制约了其产业化应用进程。
来自耶拿大学的研究团队以突破Sb₂S₃材料微纳加工技术瓶颈为核心，创新性地提出了一种飞秒激光正性湿法化学刻蚀技术。该方法以丁基二硫代氨基甲酸（BDCA）作为多功能复合介质，同时充当浸没液与选择性蚀刻剂，实现了材料改性与去除过程的一体化。在780nm飞秒激光聚焦扫描作用下，诱导照射区域的非晶态Sb₂S₃与BDCA发生可控化学反应，实现材料的高效溶解与精准去除，形成“照射即去除”的正性光刻机制。结合时域有限差分法(FDTD)数值模拟优化光场分布，系统分析了石英（透射型）与金（反射型）基底上聚焦光场分布特征与其对加工分辨率的影响，建立激光工艺参数与结构特征之间的定量关联。成功实现了Sb₂S₃材料的高精度纳米结构加工：在石英基底上获得最小特征线宽178nm，突破衍射极限(约64%)；在金基底上实现约350nm的稳定加工线宽，展现出优异的基底与材料适应性。通过对激光功率的精确调控，可稳定构筑深度连续可调的2.5维灰度结构，体现出优异的加工可控性与工艺稳定性。所制备的光栅、啁啾光栅及菲涅尔波带片等原型器件，在结构色调控与光学成像领域展现出色性能。经300℃退火处理后，材料发生晶相转变，反射光谱实现从橙红至紫绿的动态调谐，验证了其可重构光子器件的开发潜力。
该技术为硫族化合物材料的微纳加工提供了普适性解决方案，未来可拓展至光纤端面、曲面基底等复杂结构的加工场景，助力柔性光子器件技术发展。结合相变调控与动态光学写入技术，有望在可重构超表面、光子神经网络芯片等前沿领域实现突破性应用。
以题为“Positive-Tone Nanolithography of Antimony Trisulfide with Femtosecond Laser Wet-Etching”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。
图1.飞秒激光辅助湿法刻蚀非晶硫化锑(a-Sb₂S₃)薄膜的工艺流程及效果。
图2.通过FDTD模拟和AFM表征获得的SiO₂和Au基底上制备的线光栅结构。
图3.在透射（SiO₂）和反射（Au）基底上制备的多种几何图案的测试图案，以及Au基底上光栅线退火前后的光学图像和不同周期（300-1000nm）的光栅结构。
图4.针对不同焦距、波长633nm设计的菲涅尔波带片(FZP)。
