科技日报记者 江耘 通讯员 孔晓睿
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信息与功能材料研究院量子信息硅团队首次发布硅-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浙江大学教授余林蔚带领，成果是相关国家级课题项目“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。
量子计算被视作下一代科技革命的重要引擎，硅基量子芯片是推动量子计算规模化应用最具潜力的技术路线之一。
量子比特依靠量子叠加处理信息，但极易受环境干扰，延长量子态相干时间是硅基量子计算研究的核心难点。硅包含硅-28、硅-29、硅-30三种同位素，其中硅-28原子核自旋为零，可显著降低器件内部噪声，被誉为“世界上最纯净的硅”，是制备高性能硅基量子芯片不可或缺的基材。
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。”
高丰度硅-28要用于量子器件，需经历多道转化工序，硅烷是硅外延生长的核心气源。
本次发布的硅-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99.99998%，达到国际领先水平，可满足量子器件严苛制备要求。
依托这款特气原料，团队自主研制出4英寸硅-28外延片。二次离子质谱检测显示，外延层硅-28丰度为99.9937%，实现高丰度硅-28从特种气体向外延固态材料的跨越。
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，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。
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