同濟大學程鑫彬教授團隊：為納米制造鑄一把“精準標尺”｜聚焦國家科學技術獎

7月8日，2025年度國家科學技術獎勵大會在北京人民大會堂隆重舉行。由同濟大學物理科學與工程學院程鑫彬教授領銜完成的項目“量子化光晶格常數(shù)的納米計量關鍵技術及集成電路應用”榮獲國家科學技術進步獎一等獎。

該項目由同濟大學、上海御微半導體技術有限公司、中國計量科學研究院、桂林電子科技大學、上海市計量測試技術研究院有限公司合作完成。歷經20余年攻關，項目團隊制造出一系列納米級長度和角度國家一級標準物質，為集成電路等納米制造領域提供了用于儀器校準與標定的“精準標尺”。

計量是測量的科學及應用。只有測得出，才能造得出；只有測得準，才能造得精。納米計量是實現(xiàn)納米制造準確性的前提和保障。項目團隊抓住國際單位制（SI）量子化變革的機遇，發(fā)明了量子化光晶格常數(shù)的納米計量技術，縮短了納米計量傳遞鏈，提升了扁平化水平，更適用于解決產業(yè)應用問題。

一把精準的量子化納米標尺，其刻度歸根結底由原子構成。原子在固定位置，只有排列得越整齊，刻度才越精準，納米標尺就越準確。可是，如何讓億萬個原子準確均勻一致地排列到量子化常數(shù)的固定位置上？

基于量子化光晶格常數(shù)的納米標尺高精度制造技術。

項目團隊創(chuàng)新采用了“量子化光晶格”技術。“量子化”，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、落位到格點之上，在基底上生長出一排排整齊的刻線。刻度不是機器刻出來的，而是原子照著自然界常數(shù)這張“圖紙”自己“站”出來的——機器會磨損、會漂移，但自然界常數(shù)不會，因此刻度天然就是精準的、一致的。

基于上述原理，項目團隊創(chuàng)建了量子化光晶格物化為直接溯源光柵標準（納米標尺）的超穩(wěn)制造技術和裝置，系列光柵獲批5項國家一級標準物質。納米長度標準物質的3年長期穩(wěn)定性、樣品間一致性均達到皮米量級（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準物質。精準的“納米標尺”可為集成電路等先進納米制造的校準與標定提供有力支撐。

傳統(tǒng)納米計量為納米制造產業(yè)提供校準和標定，需要多級的量值傳遞，好比一場“接力賽”，每“接力”一次，累計誤差就會增加。量子化光晶格常數(shù)鑄出的“納米標尺”，是具備復現(xiàn)“米”定義功能的標準物質，無需層層“接力”，便可實現(xiàn)產業(yè)現(xiàn)場一步校準、直接溯源，更適用于“扁平化、嵌入式、小型化”等現(xiàn)場應用需求強的場景。該成果作為核心技術之一，支撐實現(xiàn)“我國首批高端儀器裝備計量測評裝置研制成功”。項目團隊正是用這一理念，為解決集成電路量檢測設備所需晶圓級標準片的制造、定值和應用難題提供了特色方案，系列晶圓級標準片獲批國家二級標準物質，在國產集成電路量檢測設備企業(yè)實現(xiàn)應用，2025年入選工業(yè)和信息化部第一批先進適用技術名單。

團隊成功研制晶圓級標準片并獲批多項國家二級標準物質。

2024年1月，經國家市場監(jiān)督管理總局批準，以同濟大學為主體的“國家集成電路微納檢測設備產業(yè)計量測試中心（上海）”正式啟動籌建，成為全國集成電路領域首批獲批籌建的國家級產業(yè)計量測試中心之一；研究團隊獲評首批“國家級計量創(chuàng)新團隊”。伴隨著國際計量學界“計量單位量子化”與“量值傳遞扁平化”的發(fā)展趨勢，項目組基于量子化光晶格常數(shù)為納米制造鑄造的“精準標尺”，作為支撐先進納米制造的質量基礎和共性關鍵技術之一，將不斷迸發(fā)蓬勃生機，有力支撐納米制造產業(yè)高質量發(fā)展。

本文來源｜《中國教育報》2026年7月14日01版，原標題《同濟大學程鑫彬教授團隊 為納米制造鑄一把 “ 精準標尺 ”》

本文作者｜中國教育報記者 任朝霞

圖片來源 | 同濟大學微信公眾號

責任編輯｜杜潤楠

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