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原子層沉積突破1nm線寬!量子計算PCB實現單電子操控

來源: 發布時間:2025-07-04

ASML與IMEC聯合開發的原子層沉積技術(ALD)已實現1nm線寬的電路制造,這一突破使量子計算PCB能精細控制單電子隧穿效應,量子比特相干時間從100μs提升至1.2ms。某量子計算初創公司采用該技術制造的72比特處理器,錯誤率從0.05降至0.002。

一、工藝:從“微米級刻蝕”到“原子級生長”

ALD技術通過交替通入反應氣體(如四甲基環戊二烯鉑與氧氣),在基板表面逐層沉積原子,其重要優勢:

1. 厚度控制精度:單層原子厚度達0.3nm,實現量子點電極的原子級平滑表面(粗糙度<0.1nm);

2. 三維共形沉積:在高深寬比(20:1)的通孔內壁均勻鍍膜,解決傳統PVD技術的階梯覆蓋問題;

3. 雜質控制:真空環境下雜質含量<1ppm,滿足量子比特對環境噪聲的嚴苛要求。


二、量子PCB制造流程

1. 基底預處理:采用Ar等離子體清洗,使SiO?表面羥基密度達5個/nm2;

2. 電極沉積:通過200次ALD循環形成5nm厚的Pt電極,方塊電阻<1Ω/□;

3. 約瑟夫森結制備:利用電子束光刻定義100nm×100nm結區,再通過ALD沉積2nm厚的Al?O?絕緣層;

4. 封裝保護:采用CVD生長的200nm金剛石涂層,隔絕外界磁干擾。


三、技術落地挑戰與對策

挑戰點
影響
解決方案
產能低下
每爐只有處理4片晶圓
開發300mm晶圓ALD設備(ASML已投產)
成本高昂
設備投資超1億美元
采用ALD+傳統工藝混合路線(前道ALD,后道PVD)
良率控制
量子比特一致性差
引入AI缺陷檢測系統(檢測精度0.1nm)


四、量子計算企業可構建“設備商-材料商-封裝廠”三位一體的合作模式:

1.設備端:與ASML簽訂ALD工藝開發協議,獲取定制化腔體設計支持;

2.材料端:聯合信越化學開發低缺陷密度的藍寶石基板(位錯密度<103cm?2);

3.封裝端:與日月光合作開發極低溫(4K)下的信號傳輸解決方案,重點關注金絲鍵合的熱膨脹匹配問題。


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深圳市聯合多層線路板有限公司
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