原子级制造测量与表征研究现状综述

居冰峰1，姜澜2，孙立涛3，陈远流1，胡洁2，韩伟娜2，徐涛3，刘大猛4，杨琛5，张军辉1,6，唐金岩1，孙靖雅2，郭宝山2（1.浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室；2.北京理工大学机械与车辆学院；3.东南大学电子科学与工程学院/集成电路学院；4.清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室；5.浙江大学杭州国际科创中心；6.国家自然科学基金委员会工程与材料科学部）

摘要：原子级制造是指将能量作用于原子,通过原子级材料的可控去除或者原子/分子级结构的大规模操控及组装,实现产品性能与功能跃迁的前沿制造技术,是一种可以大规模、批量化的先进制造技术。该过程需要在10-10 m 空间尺度下精确操控原子。同时,制造过程中原子的键合时间、电子动力学变化均发生在飞秒(10-15s)至阿秒(10-18s)量级。因此,只有具备超快时间和空间分辨在线检测与表征能力,才能够深入了解并利用原子级制造过程中原子尺度的新原理、新效应,保障原子级制造的可达性与可控性;只有实现原子级制造过程的高通量、大范围的在线监测,才能保障原子级制造的可靠性。基于此,原子级制造的测量与表征是指在原子级的时间、空间、能量尺度上对材料、结构或器件进行精确的测量和表征,以保障原子级制造的可达性、可控性与可靠性。本文介绍了原子级制造所需的测量表征手段的研究现状,从原子级超快动力学过程观测、原子结构演变原位表征、原子级制造过程在线质量监测三大方向进行系统梳理,总结了目前原子级制造测量与表征的挑战并针对未来发展给出建议。

关键词：原子级制造测量与表征;超高时空分辨;原子结构演变动态表征;原子级制造过程在线监测