在近期的一项重大科学突破中，中国科学院正式宣布创制出一种新型非线性光学晶体：全波段相位匹配晶体。根据研究院的披露，这种晶体在双折射相位匹配技术的加持下，能够透过范围内任意波长的相位匹配，成为世界上首个实现全波段双折射相位匹配的紫外/深紫外非线性光学晶体材料。

这一重要的科学突破给国内厂商在晶圆检测领域带来了巨大的机遇。晶圆检测作为集成电路制造过程中至关重要的一步，其准确性和精确度直接影响到产品质量和市场竞争力。而全波段相位匹配晶体的问世，为国内厂商突破技术瓶颈提供了有力的支持和助力。

国产半导体向死而生

我们都知道，激光技术是20世纪尤其重要的科技突破，但很少人了解的是，激光在半导体领域也能派上大用场，包括晶圆检测、晶圆切割等。然而，单纯的激光所发挥出来的效能是缩水的，如果存在一种“介质”能够提升其功率甚至使其本质发生改变，那么或许将在晶圆“缺陷”检测上发挥重要作用，从而确保芯片的良品率，对于我国半导体的发展而言意义重大。

在老美的施压下，日本、荷兰等纷纷加强对我国半导体及其设备的出口管制，将于7月23日和9月1日正式实施新的管制措施。值得关注的是，日本对我国断供的23种设备中，不仅仅包括回火、清洗、曝光等设备，也包括晶圆检测设备，这意味着半导体设备各项技术全部遭到“卡脖”。

面对西方各国的层层围堵，我国自研技术的创新突破显得十分关键，这对于中企而言是一项艰巨而又重要的任务。

而不久前，中科院正式公开了一项新成果，他们推出了一种新型非线性光学晶体，名为全波段相位匹配晶体。据了解，该晶体作为一种紫外/深紫外非线性光学晶体材料，凭借双折射相位匹配技术，可以实现范围内任意波长的相位匹配，在世界范围内没有先例。一旦在国产晶圆检测领域得到有效应用，将可能推动我国芯片的进一步发展。

要知道，虽然成熟芯片领域不需要对晶圆检测提出多高的要求，但如果想要在14nm制程工艺上更进一步，完成7nm、甚至5nm芯片的制造则是难上加难。并且还要防止芯片制造时出现短路、划伤、污染等情形，所以需要配备先进的晶圆检测。

中科院晶体技术的突破，也引发全球半导体行业的热议，其纷纷认为，我国有希望通过该项技术，在晶圆检测及大科学装置等领域拿下充足的话语权。外媒表示，光刻机封锁事件的结果已经很明显，即便老美穷追猛堵，但中国的国产半导体依然向死而生，半导体设备封锁禁令对于他们而言并未起到太大作用，拜登显然拦不住了！

全波段相位匹配晶体填补技术空白

非线性光学晶体是一种材料，可以通过非线性光学效应来改变激光的波长和频率，使其在更广泛的光谱范围内进行调节。因此非线性光学晶体在半导体晶圆检测领域有着广泛的应用前景，可以提供更高的分辨率、更深的成像深度和更高的灵敏度，为半导体行业提供更精确和高效的检测手段。

传统的非线性光学晶体材料只能在特定波长下实现相位匹配，而全波段相位匹配晶体的出现填补了这一技术空白。通过双折射相位匹配技术的引入，该晶体可以匹配范围内任意波长的相位，为晶圆检测领域带来了更大的灵活性和可塑性。而且晶圆检测可以帮助及早发现制造过程中的问题，避免不良品的产生。可别小看晶圆检测，这个步骤如果把控不好没有发现晶圆品质问题，后续的光刻、刻蚀、封测等步骤都没有太大意义了。

中科院晶体技术这项科学突破对于国内厂商具有重要的战略意义。一方面，全波段相位匹配晶体的使用可以提升晶圆检测的准确性和效率，有助于提高产品质量和降低制造成本。另一方面，国内厂商通过掌握这一领先的技术，能够在市场竞争中取得更大的优势，实现技术突破和行业领先。

中国科学院所研制出的非线性光学晶体对中国半导体发展的意义是非常深远的。

首先，这一突破提供了高性能晶体材料，满足了半导体晶圆检测等领域对高性能晶体材料的需求。在半导体产业中，晶体材料是重要的组成部分，用于制造半导体器件。具备双折射相位匹配能力的全波段相位匹配晶体可以提供更高的检测精度和可靠性，从而提升半导体生产的质量和效率。其次，这一突破为应用于大型科学装置的新型晶体材料开辟了新的前景。大型科学装置如激光器、光学显微镜和光学通信设备等对高性能晶体材料的需求日益增长。

然而，要充分发挥全波段相位匹配晶体的优势和潜力，还需要加大对该技术的研发投入和人才培养。只有通过持续的科研创新和技术突破，才能不断推动该技术的发展和应用，为国内晶圆检测领域提供更可靠、更高效的解决方案。

中国科学家成功创制新成果的过程

这项光学晶体领域重大理论突破和材料制备成果，由中国科学院新疆理化所晶体材料研究中心潘世烈研究员团队攻关完成，相关研究论文近期已在国际专业学术期刊《自然-光子学》在线发表。

论文第一作者、中国科学院新疆理化所晶体材料研究中心米日丁·穆太力普研究员介绍说，激光是20世纪人类最重大的发明之一，60多年来，13项诺贝尔奖与激光技术密切相关。非线性光学晶体是获得不同波长激光的物质条件和源头，可用来对激光波长进行变频，从而扩展激光器的可调谐范围。而在晶体中实现应用波段相位匹配被普遍认为是重要的技术挑战之一，决定最终激光输出的功率和效率。

目前有多种技术方案可供选择，其中利用晶体各向异性的双折射相位匹配技术是应用最广泛的弥补相位失配的有效途径。该方案转换效率高，但现有晶体均存在相位匹配波长损失，即可用晶体紫外截止边和最短相位匹配波长的差值表征。对此，中国科学院新疆理化所团队之前就提出关于非线性光学晶体一种理想状态的假设，即在基于双折射相位匹配的非线性光学晶体中，是否可以实现“紫外截止边等于最短匹配波长”的理想状态？

本项研究中，研究团队成功创制出全波段相位匹配晶体，这类晶体基于应用广泛的双折射相位匹配技术，且可以实现对晶体材料透过范围内任意波长的相位匹配。该研究揭示出全波段相位匹配晶体的物理机制，并以此为指导获得一例非线性光学晶体。同时，基于晶体器件实现193.2-266纳米紫外/深紫外激光输出，从而验证了其全波段相位匹配特性，使该晶体成为目前全球首例实现全波段双折射相位匹配的紫外/深紫外倍频晶体材料。

米日丁·穆太力普称，研究结果表明，全波段相位匹配晶体宽的相位匹配波长范围，使非线性光学晶体透光范围得到充分应用，可实现1064纳米激光器二、三、四、五倍频高效、大能量输出，有望满足半导体晶圆检测等领域的重大需求。同时，该晶体具有生长容易、成本低、效率高、抗激光损伤等优势，有望成为应用于大科学装置的新晶体材料。他透露，在晶体制备方面，研究团队已获中国发明专利授权，并已向欧洲、美国、日本等提交国际专利申请。

论文通讯作者潘世烈研究员指出，波长短于200纳米的深紫外激光因波长短、光子能量高等特点，在信息、工业、科研、国防等领域有重要应用价值。目前，世界上唯一可实用化深紫外倍频晶体KBBF是由中国老一代科学家陈创天院士带领团队创制。中国科学院新疆理化所这次实现全波段相位匹配晶体的理论突破和材料制备，就是接过老一辈科学家“接力棒”并努力探索研究取得。

作为中国科学院新疆理化所所长，潘世烈研究员表示，该所下一步将加大对新型高性能、大尺寸晶体新材料的研究力度，在现有成果基础上持续开展相关晶体材料、器件及激光光源应用的攻关研究，力争产出更多原创性、引领性重大创新成果。

文章来源： 前进的大叔，创微视角，聆听020111