Информационная сеть Цинхуа2луна25Новости Японии(репортер)Вэнь Синюй25 февраля исследовательская группа Тан Чуаньсяна, профессора кафедры инженерной физики Университета Цинхуа, и группа исследователей из Берлинского центра материалов и энергетики им. Гельмгольца (HZB) и Федерального института физики и технологий Германии (PTB) опубликовали статью в журнале Nature.ПриродаОпубликована научная статья под названием «Экспериментальная демонстрация механизма стационарного микрогруппирования», в которой представлены результаты эксперимента по проверке на основе первых принципов нового типа источника света для ускорителей частиц — «стационарное микрогруппирование (SSMB)».

На основе принципа SSMB можно получить мощное, высокочастотное, узкополосное когерентное излучение с большой полосой пропускания, а длина волны может охватывать диапазон от терагерцового до крайнего ультрафиолетового (EUV) излучения, что, как ожидается, откроет широкие новые возможности для научных исследований в области фотоники. Рецензент журнала «Nature» высоко оценил это исследование, отметив, что оно «демонстрирует новую методологию» и «несомненно, вызовет интерес в области ускорителей частиц и синхротронного излучения». В соответствующей обзорной статье в «Nature» говорится: «Этот эксперимент демонстрирует, как объединить характеристики двух основных типов существующих источников света для ускорителей — источников света на основе синхротронного излучения и лазеров на свободных электронах. Ожидается, что источник света SSMB в будущем будет использоваться в таких областях, как EUV-литография и угловая фотоэлектронная спектроскопия». После публикации статья сразу же привлекла большое внимание отечественных и зарубежных академических и промышленных кругов.

Рисунок 1. Схема эксперимента по проверке принципа работы SSMB (Источник изображения: "Nature")

Рисунок 2. Результаты экспериментальной проверки принципа работы SSMB (Источник изображения: "Nature")

В эксперименте исследовательская группа использовала лазер с длиной волны 1064 нанометра для управления электронным пучком в накопительном кольце MLS в Берлине, так что электронный пучок совершал полный круг (окружность 48 метров), образуя тонкую микроструктуру, то есть микропучок. Микропучок излучает высокоинтенсивный узкополосный когерентный свет на длине волны лазера и его высших гармониках. Эксперимент подтвердил образование микропучков путем регистрации этого излучения. Образование микропучков доказывает, что оптические фазы электронов могут быть коррелированы по кругу с точностью короче длины волны лазера, так что электроны могут быть стабильно связаны в оптической потенциальной яме, сформированной лазером, подтверждая механизм работы SSMB. Схема эксперимента показана на рисунке 1, а некоторые экспериментальные результаты — на рисунке 2.

Концепция SSMB была предложена в 2010 году Чжао У, профессором Стэнфордского университета и заслуженным приглашенным профессором Университета Цинхуа, и его аспирантом Даниэлем Ратнером. Чжао У продолжает продвигать исследования и международное сотрудничество в рамках SSMB. В 2017 году Тан Чуаньсян и Чжао У инициировали эксперимент. Исследовательская группа Тан Чуаньсяна руководила завершением теоретического анализа и физического проектирования эксперимента, разработала лазерную систему для тестового эксперимента, провела эксперименты с взаимодействующими блоками, а также завершила анализ экспериментальных данных и написание статьи.

ожидаетсяEUVИсточник света для литографии открывает новый технологический путь.привлекая внимание международного сообщества

«Одно из потенциальных применений источника света SSMB — это использование его в качестве источника света для будущих установок EUV-литографии. Это важная причина, по которой международное сообщество уделяет пристальное внимание исследованиям SSMB, проводимым Университетом Цинхуа», — заявил Тан Чуаньсян журналистам.

В цепочке производства микросхем фотолитографические машины являются незаменимым высокоточным оборудованием и наиболее сложным и критически важным этапом процесса производства интегральных схем. Разрешение экспозиции литографической машины напрямую зависит от длины волны. Более полувека длина волны источника света в литографической машине постоянно уменьшалась. Новое поколение основных технологий литографии, признанных в индустрии микросхем, — это EUV-литография (литография с использованием экстремального ультрафиолетового излучения) с длиной волны 13.5 нанометров. Работа EUV-литографической машины эквивалентна использованию экстремального ультрафиолетового излучения с длиной волны, составляющей лишь одну десятитысячную диаметра волоса, для «вырезания» схем на кремниевой пластине. В конечном итоге, микросхема размером с ноготь будет содержать десятки миллиардов транзисторов. Это оборудование и технологии демонстрируют высочайший уровень развития человеческих технологий. Голландская компания ASML в настоящее время является единственным в мире поставщиком EUV-литографических машин, каждая из которых продается по цене более 100 миллионов долларов США.

Мощный источник EUV-излучения является основой EUV-литографии. В настоящее время ASML использует высокоэнергетический импульсный лазер для бомбардировки мишени из жидкого олова с целью образования плазмы, а затем генерирует источник EUV-излучения с длиной волны 13.5 нанометров и мощностью около 250 Вт. По мере уменьшения технологических параметров микросхем ожидается дальнейшее увеличение требований к мощности источников EUV-излучения, достигнув уровня киловатт.

«Вкратце, для работы литографической машины требуется УФ-излучение с короткой длиной волны и высокой мощностью», — сказал Тан Чуаньсян. Прорывы в разработке мощных источников УФ-излучения имеют решающее значение для дальнейшего применения и развития УФ-литографии. Тан Чуаньсян отметил: «Ожидается, что источники УФ-излучения на основе SSMB обеспечат высокую среднюю мощность и имеют потенциал для расширения диапазона длин волн до более коротких, что предоставит новое решение для прорывов в разработке мощных источников УФ-излучения».

Самостоятельные исследования и разработки литографических машин на основе EUV-излучения еще далеки от завершения. Ожидается, что источники EUV-излучения на основе SSMB решат основную проблему «застоя» в самостоятельных исследованиях и разработках литографических машин. Для достижения реального успеха необходимы непрерывные технологические исследования источников EUV-излучения на основе SSMB и сотрудничество между предприятиями-поставщиками и потребителями.

Сейчас самое подходящее время для решения ключевых проблем.Продемонстрировать модель международного сотрудничества

В апреле 2017 года команда SSMB из Университета Цинхуа начала теоретический анализ и численное моделирование эксперимента по проверке принципа работы SSMB. 21 июля того же года Тан Чуаньсян и Чжао У организовали первую встречу по сотрудничеству в области SSMB в Цинхуа и возглавили создание международной исследовательской группы по SSMB. Они объединили усилия с научными исследователями из Китая, Германии, США и других стран, чтобы начать продвижение различных исследований, включая эксперименты по проверке принципа работы SSMB. После четырех лет исследований исследовательская группа SSMB добилась ряда важных успехов, результаты которых являются одними из лучших в мире.

«SSMB использует лазеры для фокусировки электронов. По сравнению с микроволнами, обычно используемыми в источниках синхротронного излучения, длина волны фокусирующей системы сокращена на 5-6 порядков. Поэтому для проверки принципа работы SSMB требуется ускоритель с очень высокой точностью управления изменением продольного положения (фазы) электронов от круга к кругу, и накопительное кольцо LS от немецкого PTB наиболее близко соответствует экспериментальным потребностям SSMB в этом аспекте. После предварительного контакта и общения между преподавателями два учреждения в Германии, HZB и PTB, активно присоединились к исследовательской группе и провели с нами совместные исследования», — сказал Дэн Сюцзе, аспирант 2015 года факультета инженерии и физики Университета Цинхуа, участвовавший во всем эксперименте в Германии.

С 2017 года члены команды из университета Цинхуа восемь раз ездили в Берлин, чтобы принять участие во всех аспектах эксперимента, от подготовки до эксплуатации. После долгого периода напряженной работы эксперимент был успешно завершен 31 августа 2019 года. Дэн Сюцзе сказал: «SSMB включает в себя множество физических эффектов, и эксперименты сложны. Команда пережила множество неудачных попыток и продолжала углублять свое понимание физических проблем и фактической работы ускорителя во время эксперимента, пока наконец не решила проблемы одну за другой. Когда проведение экспериментов на месте было невозможно, мы не прекращали работу и проводили теоретический анализ ранее собранных экспериментальных данных, проводили регулярные рабочие встречи и общались по электронной почте или в онлайн-режиме. Кроме того, команда экспериментатора SSMB — это команда международного сотрудничества. От первоначального знакомства и постепенного освоения и понимания до постепенного улучшения, вся команда согласилась, что мы действительно достигли «1+1>>2», и все полны уверенности в дальнейшем сотрудничестве в будущем».

Решите проблему "заклинивания шеи".Университет Цинхуа мужественно несёт на себе эту тяжёлую ответственность.

«Университеты моей страны должны смело взять на себя большую ответственность и раскрыть потенциал фундаментальных исследований и научно-технических инноваций в университетах». 22 сентября 2020 года генеральный секретарь Си Цзиньпин на симпозиуме экспертов в области образования, культуры, здравоохранения и спорта возложил большие надежды на университеты в деле укрепления инноваций и прорыва ключевых ключевых технологий.

Университет Цинхуа наследует и развивает традиции научных исследований, основанные на принципе «держать небо, стоять на земле и воспитывать людей», и усиливает чувство ответственности, миссии и неотложности в деле обеспечения самодостаточности страны в науке и технике. Углубляет реформу систем и механизмов научных исследований, внедряет инновации в организационные модели научных исследований. Укрепляет фундаментальные исследования «с нуля» и ускоряет исследования ключевых ключевых технологий, особенно в тех областях, где наблюдается «застой».

Стремиться к передовым достижениям мировой науки и техники и назначать правильные лекарства. На этот раз исследовательская группа Тан Чуаньсяна из Департамента инженерной физики Университета Цинхуа и международная команда сотрудничества приложили огромные усилия в области «Стационарного микрогруппирования» (SSMB), ключевом направлении, которое, как ожидается, позволит решить ключевые проблемы и устранить «застойные участки». Они продолжают наращивать интенсивность ключевых исследований и инноваций в перспективных и стратегических областях, стремятся повысить возможности для самостоятельных инноваций и служат национальной стратегии развития, основанной на инновациях.

В настоящее время Университет Цинхуа активно поддерживает и продвигает проект создания источника ультрафиолетового излучения SSMB на национальном уровне. Исследовательская группа SSMB Университета Цинхуа представила в Национальную комиссию по развитию и реформам проект «Устройство для исследования источника ультрафиолетового излучения стационарного микрогруппирования», претендующий на создание крупной национальной научно-технической инфраструктуры в рамках «14-й пятилетки».

Профессор Тан Чуаньсян с инженерного факультета Университета Цинхуа и доктор Йорг Фейкес из HZB являются авторами-корреспондентами данной статьи, а Дэн Сюцзе, аспирант 2015 года инженерного факультета Университета Цинхуа, является первым автором. Данное исследование было поддержано независимым научно-исследовательским проектом Университета Цинхуа.