量子计算被认为是下一代科技革命的重要引擎。硅基量子芯片则是最有可能推动量子计算规模化应用的技术之一。
近日，硅及先进半导体材料全国重点实验室、浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）信息与功能材料研究院量子信息硅团队，在“第二届量子科技前沿论坛”上首次发布硅-28 硅烷特气与外延片两项成果，为硅基量子芯片研发补上关键上游材料。
团队由中国科学院院士、科创中心首席科学家杨德仁与余林蔚教授带领，该成果是团队承担的国家科技重大专项“量子信息硅-28同位素外延片制备及应用”的重要阶段性进展。
作为半导体产业最重要的基础材料之一，硅有三个同位素“兄弟”：硅-28、硅-29、硅-30。其中，硅-28被誉为“世界上最纯净的硅”，其原子核自旋为零、可极大降低量子计算中的环境噪声干扰，是研制硅基量子芯片不可或缺的关键材料。
然而，制备高丰度硅-28并非易事。余林蔚介绍，不同硅同位素化学性质相近，同位素分离与富集工艺复杂、技术壁垒高，长期以来全球能够规模化生产高丰度硅-28的机构较少。“实现自主制备，不仅支撑硅基量子器件攻关，也为先进半导体材料创新提供保障。”
硅-28要用于硅基量子器件研发，需要经过多个材料制备环节。硅烷是硅外延生长的重要原料之一，如何将高丰度硅-28制备成适用于外延生长的特种气体，是其中的重要一环。
此次发布的硅-28硅烷特气，经中国计量科学研究院检测，硅-28同位素丰度达99.99576%，化学纯度经测试达99.99998%，达到国际领先水平，足以满足量子器件制备的化学纯度要求。该成果由科创中心团队与浙江中宁硅业股份有限公司联合转化，将高丰度硅-28进一步制备为外延生长所需的特种气体，为后续硅-28外延材料制备提供原料支撑。
依托这款特气原料，团队自主研制了4英寸硅-28外延片。二次离子质谱检测，其外延层硅-28丰度达到99.9937%，实现了高丰度硅-28从特种气体向外延材料的进一步延伸。
从核心气源到外延基材，这两项成果打通了高丰度硅-28产业链的关键两环，填补了国内相关材料领域的空白，更标志着产学研协同攻关成功将实验室技术转化为可直接支撑器件研发的工程化产品，为硅基量子计算规模化应用夯实了材料底座。
今年6月，我国已实现丰度超99.99%硅-28四氟化硅（28SiF4）同位素特气自主量产。此次两项新成果首次实现特气转化到外延生长全链条研发，进一步推动高丰度同位素材料向下游延伸，为硅基量子芯片提供国产材料方案。
来源 潮新闻
