為納米制造鑄一把“精準(zhǔn)標(biāo)尺”

　　7月8日，2025年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京人民大會(huì)堂隆重舉行。由同濟(jì)大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院程鑫彬教授領(lǐng)銜完成的項(xiàng)目“量子化光晶格常數(shù)的納米計(jì)量關(guān)鍵技術(shù)及集成電路應(yīng)用”榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　該項(xiàng)目由同濟(jì)大學(xué)、上海御微半導(dǎo)體技術(shù)有限公司、中國計(jì)量科學(xué)研究院、桂林電子科技大學(xué)、上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院有限公司合作完成。歷經(jīng)20余年攻關(guān)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)制造出一系列納米級長度和角度國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，為集成電路等納米制造領(lǐng)域提供了用于儀器校準(zhǔn)與標(biāo)定的“精準(zhǔn)標(biāo)尺”。

　　計(jì)量是測量的科學(xué)及應(yīng)用。只有測得出，才能造得出；只有測得準(zhǔn)，才能造得精。納米計(jì)量是實(shí)現(xiàn)納米制造準(zhǔn)確性的前提和保障。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)抓住國際單位制（SI）量子化變革的機(jī)遇，發(fā)明了量子化光晶格常數(shù)的納米計(jì)量技術(shù)，縮短了納米計(jì)量傳遞鏈，提升了扁平化水平，更適用于解決產(chǎn)業(yè)應(yīng)用問題。

　　一把精準(zhǔn)的量子化納米標(biāo)尺，其刻度歸根結(jié)底由原子構(gòu)成。原子在固定位置，只有排列得越整齊，刻度才越精準(zhǔn)，納米標(biāo)尺就越準(zhǔn)確�？墒�，如何讓億萬個(gè)原子準(zhǔn)確均勻一致地排列到量子化常數(shù)的固定位置上？

　　項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用了“量子化光晶格”技術(shù)�！傲孔踊�”，源于鉻原子在真空中的量子躍遷波長——天然的量子化納米常數(shù)。利用光頻梳把激光鎖定在這個(gè)量子化波長上，兩束相向而行的激光便在空間中疊出一列明暗相間、周期恒定的駐波，這就是“量子化光晶格”——宛如一副用光鑄成的“模具”，格點(diǎn)周期（即晶格常數(shù)）恰好等于量子化激光波長的一半，與鉻原子的量子化躍遷波長這一自然常數(shù)牢牢“鎖定”。

　　隨后，經(jīng)激光橫向冷卻而“安靜”下來的鉻“冷原子”穿過光晶格，被光場逐一引導(dǎo)、落位到格點(diǎn)之上，在基底上生長出一排排整齊的刻線。刻度不是機(jī)器刻出來的，而是原子照著自然界常數(shù)這張“圖紙”自己“站”出來的——機(jī)器會(huì)磨損、會(huì)漂移，但自然界常數(shù)不會(huì)，因此刻度天然就是精準(zhǔn)的、一致的。

　　基于上述原理，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了量子化光晶格物化為直接溯源光柵標(biāo)準(zhǔn)（納米標(biāo)尺）的超穩(wěn)制造技術(shù)和裝置，系列光柵獲批5項(xiàng)國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。納米長度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的3年長期穩(wěn)定性、樣品間一致性均達(dá)到皮米量級（千分之一納米）水平，還首次建立了我國納米尺度下的角度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。精準(zhǔn)的“納米標(biāo)尺”可為集成電路等先進(jìn)納米制造的校準(zhǔn)與標(biāo)定提供有力支撐。

　　傳統(tǒng)納米計(jì)量為納米制造產(chǎn)業(yè)提供校準(zhǔn)和標(biāo)定，需要多級的量值傳遞，好比一場“接力賽”，每“接力”一次，累計(jì)誤差就會(huì)增加。量子化光晶格常數(shù)鑄出的“納米標(biāo)尺”，是具備復(fù)現(xiàn)“米”定義功能的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，無需層層“接力”，便可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場一步校準(zhǔn)、直接溯源，更適用于“扁平化、嵌入式、小型化”等現(xiàn)場應(yīng)用需求強(qiáng)的場景。該成果作為核心技術(shù)之一，支撐實(shí)現(xiàn)“我國首批高端儀器裝備計(jì)量測評裝置研制成功”。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正是用這一理念，為解決集成電路量檢測設(shè)備所需晶圓級標(biāo)準(zhǔn)片的制造、定值和應(yīng)用難題提供了特色方案，系列晶圓級標(biāo)準(zhǔn)片獲批國家二級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，在國產(chǎn)集成電路量檢測設(shè)備企業(yè)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，2025年入選工業(yè)和信息化部第一批先進(jìn)適用技術(shù)名單。

　　2024年1月，經(jīng)國家市場監(jiān)督管理總局批準(zhǔn)，以同濟(jì)大學(xué)為主體的“國家集成電路微納檢測設(shè)備產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心（上海）”正式啟動(dòng)籌建，成為全國集成電路領(lǐng)域首批獲批籌建的國家級產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心之一；研究團(tuán)隊(duì)獲評首批“國家級計(jì)量創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”。伴隨著國際計(jì)量學(xué)界“計(jì)量單位量子化”與“量值傳遞扁平化”的發(fā)展趨勢，項(xiàng)目組基于量子化光晶格常數(shù)為納米制造鑄造的“精準(zhǔn)標(biāo)尺”，作為支撐先進(jìn)納米制造的質(zhì)量基礎(chǔ)和共性關(guān)鍵技術(shù)之一，將不斷迸發(fā)蓬勃生機(jī)，有力支撐納米制造產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。