为集成电路等纳米制造提供“精准标尺”，同济团队获国家科技进步奖一等奖

计量是测量的科学及应用。只有测得出，才能造得出；只有测得准，才能造得精。纳米计量是实现纳米制造准确性的前提和保障。面向先进纳米制造产业的“扁平化、嵌入式、小型化”等现场计量需求，我国科学家的成果，为集成电路等纳米制造领域提供了用于仪器校准与标定的“精准标尺”。

7月8日，2025年度国家科学技术奖揭晓。由同济大学牵头完成的“量子化光晶格常数的纳米计量关键技术及集成电路应用”项目荣获国家科学技术进步奖一等奖，项目由同济大学、上海御微半导体技术有限公司、中国计量科学研究院、桂林电子科技大学，上海市计量测试技术研究院有限公司合作完成。项目团队抓住国际单位制（SI）量子化变革的机遇，历经二十余年攻关，发明了量子化光晶格常数的纳米计量技术，缩短了纳米计量传递链，提升了扁平化水平，更适用于解决产业应用问题。

受访者供图

在具体的产业应用中，这种高精度的标准扮演着“校准器”的角色，直接关乎高端量测设备的准确性。

一把精准的量子化纳米标尺，其刻度归根结底由原子构成。原子在固定位置，排列得越整齐，刻度才越精准，纳米标尺就越准确。可是，如何让亿万个原子准确均匀一致地排列到量子化常数的固定位置上呢？

项目团队完成人，同济大学物理科学与工程学院长聘教授，国家集成电路微纳检测设备产业计量测试中心（上海）（筹）副主任邓晓对第一财经记者解释，该项技术创新的核心在于自然常数的“物化”。例如，传统标准物质量值依赖校准和标定，而他们团队直接从原子跃迁波长出发，将“米”定义的精准复现融入纳米尺度标准物质制造和应用全过程，研制了直接溯源的“纳米尺”。

他们创新采用了“量子化光晶格”技术。“量子化”，源于铬原子在真空中的量子跃迁波长——天然的量子化纳米常数。利用光频梳把激光锁定在这个量子化波长上，两束相向而行的激光便在空间中叠出一列明暗相间、周期恒定的驻波，这就是“量子化光晶格”——宛如一副用光铸成的“模具”，格点周期（即晶格常数）恰好等于量子化激光波长的一半，与铬原子的量子化跃迁波长这一自然常数牢牢“锁定”。

随后，经激光横向冷却而“安静”下来的铬“冷原子”穿过光晶格，被光场逐一引导、落位到格点之上，在基底上生长出一排排整齐的刻线。刻度不是机器刻出来的，而是原子照着自然界常数这张“图纸”自己“站”出来的——机器会磨损、会漂移，但自然界常数不会，因此刻度天然就是精准的、一致的。

基于上述原理，项目团队创建了量子化光晶格物化为直接溯源光栅标准的超稳制造技术和装置，系列光栅获批5项国家一级标准物质。还首次建立了我国纳米尺度下的角度标准物质。

传统纳米计量为纳米制造产业提供校准和标定，需要多级的量值传递，好比一场“接力赛”，每“接力”一次，累积误差就会增加。

而量子化光晶格常数铸出的“纳米标尺”，是具备复现“米”定义功能的标准物质，无须层层“接力”，可以实现产业现场一步校准、直接溯源，更适用于“扁平化、嵌入式、小型化”等现场应用需求强的场景。

随着当前的纳米制造与原子级制造正在持续向前推进，对更高测量尺度的需求是确定性的趋势。

该成果作为核心技术之一，支撑实现“我国首批高端仪器装备计量测评装置研制成功”。项目团队正是用这一理念，为解决集成电路量检测设备所需晶圆级标准片的制造、定值和应用难题提供了特色方案，系列晶圆级标准片获批国家二级标准物质，在国产集成电路量检测设备企业实现应用，2025年也入选工信部第一批先进适用技术名单。

从技术前瞻的角度来看，该项目抓住了国际计量学“计量单位量子化”与“量值传递扁平化”的发展趋势。“项目基于量子化光晶格常数为纳米制造铸造的‘精准标尺’，将有力支撑纳米制造产业高质量发展。”邓晓接受记者采访时说。