北京
在制造领域，测得出，才能造得出；测得准，才能造得精。而在微观尺度下的集成电路等纳米制造领域，测得准更是至关重要，纳米计量是实现纳米制造准确性的前提和保障。
基于量子化光晶格常数的纳米标尺高精度制造技术 本文图片均为受访者供图
2026年7月8日，2025年度国家科学技术奖励大会在北京召开。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。
历经二十余年攻关，项目团队制造出一系列纳米级长度和角度国家一级标准物质，为集成电路等纳米制造领域提供了校准与标定用的“精准标尺”。项目团队抓住国际单位制（SI）量子化变革的机遇，发明了量子化光晶格常数的纳米计量技术，缩短纳米计量传递链，提升扁平化水平，更适用于解决产业应用问题。
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？
基于量子化光晶格常数制造纳米标尺的精密装置
项目团队创新采用了“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（纳米标尺）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。纳米长度标准物质的三年长期稳定性、样品间一致性均达到皮米量级（千分之一纳米）水平，还首次建立了我国纳米尺度下的角度标准物质。精准的“纳米标尺”，能够为集成电路等先进纳米制造的校准与标定提供有力支撑。
团队成功研制晶圆级标准片并获批多项国家二级标准物质
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。但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，无需层层“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。
该研究成果作为核心技术之一，支撑实现了我国首批高端仪器装备计量测评装置的成功研制。项目团队也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。
伴随着国际计量学界“计量单位量子化”与“量值传递扁平化”的发展趋势，项目组表示，作为支撑先进纳米制造的质量基础和共性关键技术之一，基于量子化光晶格常数为纳米制造铸造的“精准标尺”将会不断迸发蓬勃生机，有力支撑纳米制造产业高质量发展。
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