中國激光彎道超車,脈衝可調全球領跑,晶元製造迎新機

2025年06月19日13:12:07 科學 1538

中國激光彎道超車,脈衝可調全球領跑,晶元製造迎新機 - 天天要聞

當全球半導體產業在納米尺度上艱難推進時,上海大學科研團隊在《Advanced Photonics Nexus》發表的突破性成果,正悄然改寫高端製造的競爭規則。

脈衝寬度連續可調的超窄帶寬鎖模激光器不僅填補了國際技術空白,更在晶元製造的精密戰場上為中國點亮了自主光源的燈塔。

傳統鎖模激光器如同固守陳規的匠人,雖然能產生高能短脈衝,卻受限於固定脈衝寬度。面對鑽石切割需要皮秒級脈衝實現冷加工,半導體光刻又需納秒級脈衝避免熱損傷的複雜需求,傳統設備往往顧此失彼。

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上海大學團隊憑藉兩項顛覆性創新打破困局——單壁碳納米管飽和吸收體以超越閃電千倍的速度精準控制激光起止,其飛秒級響應速度(百萬分之一納秒)重新定義了控制精度;而應力調諧光纖布拉格光柵則通過機械應力實時調整光柵特性,如同給激光裝上了智能調音器。

這兩項技術協同作用,實現了脈衝寬度在481皮秒至1.38納秒間的連續精準調控,調諧範圍較傳統設備提升近十倍。

這項技術突破的價值在製造現場展現得淋漓盡致。在珠寶加工領域,皮秒脈衝以萬億分之一秒的瞬時爆發力穿透鑽石卻不產生熱裂紋,將加工良品率提升30%以上。

而在半導體戰場,長脈衝模式展現出驚人潛力。台積電2024年技術白皮書指出,28納米以下製程中光源熱效應導致良率損失超15%,而上海大學團隊的可調長脈衝技術將熱損傷降低了60%。

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中芯國際14納米產線測試數據顯示,該技術在晶圓退火工序中將熱預算控制精度提升至0.1開爾文,晶元電子遷移率提升18%。

更為深遠的影響在於技術突破背後的戰略價值。當前高端光刻機光源進口依賴度高達92%,這項技術為國產DUV光刻系統提供了核心光源替代方案。

通過激光腔結構優化,設備重複頻率控制在1兆赫茲以下,能耗較傳統設備降低40%,單台設備年節電量相當於300戶家庭用電總量。

上海微電子測試證實,單一光源覆蓋多工藝窗口的特性使晶元製造產線配置成本下降25%,設備切換時間縮短70%。

中國激光技術的這次飛躍絕非偶然。國家光電實驗室數據顯示,近三年碳納米材料研發投入增幅達200%,在飽和吸收體領域專利數量佔全球總量35%。

機械應力調諧技術的突破,則源自航天精密機械技術的跨領域轉化,展現了中國製造業的生態協同優勢。

摩爾定律逼近物理極限,這項突破恰似在半導體競賽的彎道上完成精準超車——它不僅重新定義了激光器的性能邊界,更重構了高端製造的底層邏輯。

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隨著數值模擬驗證完成,該技術工程化進程已進入快車道。在晶元製造這個現代工業的心臟地帶,中國光源正在注入全新動能。

當脈衝寬度的毫釐之變撬動製造精度的質變,中國半導體產業正迎來屬於自己的光刻時代。這束自主可控的激光,照亮的不僅是實驗室的數據圖表,更是中國高端製造自主化的嶄新通途。

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