在新型加速器光源“稳态微聚束”研究中取得重大进展

福大学教授、清华大学杰出访问教授赵午与其博士生 Daniel Ratner 于 2010 年提出。赵午持续推动 SSMB 的研究与国际合作。2017 年，唐传祥与赵午发起该项实验，唐传祥研究组主导完成了实验的理论分析和物理设计，并开发测试实验的激光系统，与合作单位进行实验，并完成了实验数据分析与文章撰写。

　　有望为 EUV 光刻光源提供新技术路线 引发国际社会重点关注

　　“SSMB 光源的潜在应用之一是作为未来 EUV 光刻机的光源，这是国际社会高度关注清华大学 SSMB 研究的重要原因。”唐传祥告诉记者。

　　在芯片制造的产业链中，光刻机是必不可少的精密设备，是集成电路芯片制造中最复杂和关键的工艺步骤。光刻机的曝光分辨率与波长直接相关，半个多世纪以来，光刻机光源的波长不断缩小，芯片工业界公认的新一代主流光刻技术是采用波长为 13.5 纳米光源的 EUV（极紫外光源）光刻。EUV 光刻机工作相当于用波长只有头发直径一万分之一的极紫外光，在晶圆上“雕刻”电路，最后将让指甲盖大小的芯片包含上百亿个晶体管，这种设备工艺展现了人类科技发展的顶级水平。荷兰 ASML 公司是目前世界上唯一的 EUV 光刻机供应商，每台 EUV 光刻机售价超过 1 亿美元。

　　大功率的 EUV 光源是 EUV 光刻机的核心基础。目前 ASML 公司采用的是高能脉冲激光轰击液态锡靶，形成等离子体然后产生波长 13.5 纳米的 EUV 光源，功率约 250 瓦。而随着芯片工艺节点的不断缩小，预计对 EUV 光源功率的要求将不断提升，达到千瓦量级。

　　“简而言之，光刻机需要的 EUV 光，要求是波长短，功率大。”唐传祥说。大功率 EUV 光源的突破对于 EUV 光刻进一步的应用和发展至关重要。唐传祥说：“基于 SSMB 的 EUV 光源有望实现大的平均功率，并具备向更短波长扩展的潜力，为大功率 EUV 光源的突破提供全新的解决思路。”

　　EUV 光刻机的自主研发还有很长的路要走，基于 SSMB 的 EUV 光源有望解决自主研发光刻机中最核心的“卡脖子”难题。这需要 SSMB EUV 光源的持续科技攻关，也需要上下游产业链的配合，才能获得真正成功。

　　攻关正当其时，彰显国际合作格局

　　清华 SSMB 团队从 2017 年 4 月开始 SSMB 原理验证实验的理论分析和数值模拟。当年 7 月 21 日，唐传祥与赵午在清华组织召开首届 SSMB 合作会议，牵头成立了国际 SSMB 研究组，联合中、德、美等国家的科研人员，开始推动包括 SSMB 原理验证实验在内的各项研究。经过四年攻关，SSMB 研究组取得了多项重要进展，成果领先世界。

　　“SSMB 采用激光来对电子进行聚束，相比同步辐射光源常用的微波，聚束系统的波长缩短了 5 到 6 个数量级。因此，要验证 SSMB 的原理，需要加速器对电子纵向位置（相位）逐圈变化有非常高的控制精度，而德国 PTB 的 MLS 储存环在这一方面最接近 SSMB 的实验需求。经过老师们的前期联系与沟通，德国的 HZB 及 PTB 两家机构积极加入研究团队，与我们开展合作研究。”全程参与赴德实验的清华大学工物系 2015 级博士生邓秀杰介绍说。

　　从 2017 年始，清华团队成员先后 8 次前往柏林，参与从实验准备到操作的各个环节，经过长时间的努力，实验于 2019 年 8 月 31 日取得成功。邓秀杰说：“SSMB 涉及的物理效应多，实验难度大，团队经历了多次失败的尝试，在实验过程中不断加深对物理问题和实际加速器运行的认识，直到最后将问题一一解决。无法进行现场实验的时候，我们也没有停止工作，会就之前采集的实验数据进行理论分析，定期召开工作会议，以及进行邮件或在线讨论等。”“此外，SSMB 实验团队是一个国际合作团队，从开始的磨合到逐渐熟悉理解再到渐入佳境，整个团队一致认为我们真正实现了‘1+1>>2’，大家对未来进一步的合作都充满了信心。”邓秀杰补充道。

　　破解“卡脖子”难题，清华勇担重担

　　“我国高校要勇挑重担，释放高校基础研究、科技创新潜力”，2020 年 9 月 22 日，习近平总书记在教育文化卫生体育领域专家代表座谈会上，对高校加强创新、突破关键核心技术寄予厚望。

　　清华大学传承弘扬“顶天、立地、树人”的清华科研传统，增强服务国家科技自立自强的责任感、使命感和紧迫感。深化科研体制机制改革，创新科研组织模式。加强“从 0 到1”的基础研究，加快关键核心技术特别是“卡脖子”问题攻关。

　　瞄准世界科技前沿，对症下药。此次清华大学工程物理系唐传祥研究组与国际合作团队在“稳态微聚束”（SSMB）这样一个有望解决关键领域、需要破解“卡脖子”课题的地方下大力气，在前瞻性、战略性领域持续加大关键核心技术攻关创新力度，着力增强自主

（编辑：牡丹江站长网）

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