10纳米以下图形加工的关键工艺问题研究结题摘要

高分辨纳米加工是集成电路制造以及人工微纳结构器件研发中的关键技术。以曝光、显影、薄膜沉积、干法刻蚀、湿法剥离为主要工艺的自上而下纳米加工是目前超大规模集成电路制造的主要选择。根据国际半导体技术路线发展图，集成电路的关键尺寸在2020 年将达到10nm（几十个原子）左右。然而，当纳米结构的尺寸到10nm 以下时，由于各种工艺和物理限制因素，其加工方法将与当前产业界的常规工艺有所区别。系统地研究亚10nm尺度的关键图形加工工艺将有效促进集成电路及人工微纳结构器件相关的研发。 本项目针对10nm 以下图形加工的通用工艺进行研究以得到各种工艺的物理限制因素并探索突破限制的方法，主要研究内容包括：（1）新型亚10nm电子束抗蚀剂的研究；（2）亚10nm尺度高分辨图形转移工艺研究；（3）亚10nm图形加工工艺的光学应用研究。 本项目执行以来，已发表相关的学术论文12篇，正在撰写学术论文4篇，支持4名研究生进行相关研究。取得的重要进展包括：（1）通过悬空亚10nm HSQ结构的方法，可靠地制作了亚10nm尺度的金属间隙结构；（2）通过模板剥离方法可靠地制作了亚10nm金属间隙阵列并应用于等离激元光子学研究；（3）通过金属表面的分子修饰，大大提高了HSQ与金属之间的吸附，为金属基底上进行亚10nm图形制作提供了解决方案；（4）通过结合金属去湿润工艺和单层石墨烯亚纳米厚度的优势，可靠地制作了大面积的亚10nm金属间隙结构并展示了其在表面增强拉曼光谱领域的应用；（5）通过结合自下而上的化学气相合成方法，大面积高均匀性地制作了高品质因子金纳米颗粒阵列，颗粒的尺寸或者颗粒之间的间隙可达到亚10nm尺度并可应用于暗场散射光谱或者增强拉曼光谱相关的研究。 本项目一方面开发了多种亚10nm图形制作的方法，另一方面也使我们加深了对10nm尺度图形加工极限的理解。其顺利实施为亚10nm尺度人工微结构器件以及集成电路版图制造提供新的技术选择和工艺积累。 2100433B

高分辨纳米加工是22nm节点以下集成电路制造以及人工微纳结构器件研发中的关键技术。以曝光、显影、薄膜沉积、干法刻蚀、湿法剥离为主要工艺的自上而下纳米加工是目前超大规模集成电路制造的主要选择。根据国际半导体技术路线发展图，集成电路的关键尺寸在2020年将达到10nm（几十个原子）左右。然而，当纳米结构的尺寸到10nm以下时，由于各种工艺和物理限制因素，其加工方法将与当前产业界的常规工艺有所区别，而目前研究人员对该尺寸下的关键加工工艺还无系统的研究。本项目前瞻性地对10nm以下图形加工的通用工艺进行研究以得到各种工艺的物理限制因素并探索突破限制的方法，为未来10nm以下技术节点极大规模集成电路制造提供技术积累和工艺选择。主要研究内容包括：（1）10nm以下图形加工的抗蚀剂工艺及其显影行为研究；（2）该尺度下纳米结构力学稳定性对加工分辨率的限制及其相应的解决办法；（3）该尺度下的高分辨图形转移。

“三门峡以下非讯斯水量调度系统关键问题研究”系“九五”国家重点科技攻关项目“黄河中下游水资源开发利用及河道减淤清淤关键技术研究”第一课题第二专题的研究成果。主要内容包括黄河下游引黄灌区用水需求分析、径流预报模研研究、三门峡水库和小浪底水库调度模型研究、黄河下游河段配水模型研究、水环境保护研究、水资源调度风险分析、经济效益分析方法研究、水量调度决策支持系统开发等。该专题研究成果曾获得2004年水利部科技进步三等奖。　《三门峡以下非汛期水量调度系统关键问题研究》系上述专题研究成果经深化提炼后的著述，可供从事水资源开发、利用、管理和保护的科技工作者，以及从事或关心黄河治理、开发、研究的人士参考。

绝热演化作为一种新型量子计算模型，当它刚被提出时就受到了广泛的关注。本文在相关绝热计算研究的基础上，考虑了在绝热量子计算环境下，绝热搜索算法中若干关键问题，研究了绝热演化路径的适用性、绝热算法的量子线路模型、先验概率分布对设计高效绝热算法的作用、推广量子态保真度与绝热算法性能之间关系等。 本文得到的主要结论是： 1．讨论了一般化模型插值路径在绝热计算中的局限性。研究发现，即使系统的保真度不为零，若该模型被赋予不恰当的实例，相对常规类型绝热演化，所得到绝热计算将无优势甚至可能完全失效，即算法时间复杂度无无穷大，从而提示我们在设计绝热算法时，此类型演化路径的使用并不能随意。 2．首次全面地研究了额外驱动哈密顿量在绝热计算中的实用性，即经过研究发现，当额外驱动哈密顿量形式固定时，若其前面系数配置不当的话，所得绝热算法将会完全失效；当系统绝热演化路径形式相对固定，但允许额外驱动哈密顿量形式变化时，仅特定形式的额外驱动哈密顿量可以被用来提高绝热算法效率，而此形式正好为已知几乎所有文献中所广泛使用，从而给出这一现象的一种很好解释。 3．解决了全局绝热演化的正确量子线路实现问题，所获的线路模型下时间分片数与绝热算法的时间复杂度是一致的，而之前能够得到的结论是局部绝热计算的演化时间是与其对应量子线路模型实现时的时间分片数相吻合的；基于此，首次给出一种非线性绝热演化的量子线路模型实现。 4．将常规绝热搜索算法中所有数据元素等幅叠加方式看成是以这些数据元素的先验概率分布方式组织时的特殊情形，研究了数据元素的先验概率分布对绝热算法性能的影响。并且发现，若适当利用这些先验概率分布的信息，相应的绝热算法性能可以大大得到改善。 5．改进了相关文献给出布尔函数估计的绝热算法设计，得到即使不添加辅助驱动哈密顿量的常规绝热演化亦能够于常数时间复杂度内实现布尔函数估计的目标。 6. 证明了具有一般化模型的绝热演化同样可以利用系统初末态之间的保真度来估算对应算法时间复杂度，从而可以摆脱依赖绝热定理来估算绝热算法时间复杂性度的限制，同时也为估算绝热计算所需关键系统资源提供导向作用；另一方面，这一研究结果也可以看成是对之前相关文献中提出相关公开问题的一个部分回答。

绝热计算作为一种新型量子计算模型，具有计算模式简单、算法设计灵活直观等特点。本课题研究绝热计算中几个关键问题-非线性型绝热演化及其量子线路实现、初始哈密顿量选取对算法效率的影响。课题通过研究一般化模型插值路径绝热演化的运作机制，将其运用至绝热整数质因子分解算法中，并提出一种不依赖从外界注入能量来加速常规绝热演化的更一般化模型插值路径；研究显含驱动哈密顿量形式的绝热搜索，定量化驱动哈密顿量的实现复杂度，并探讨其与算法运行时间的关联；分析局部绝热的线路模型实现方案，揭示线路模拟绝热演化的精髓所在，并由此建立量子线路模拟非线性绝热演化的基础理论；运用不等幅度组织数据元素的思想来设计实际应用驱动的绝热搜索，分析初始哈密顿量选取对绝热算法效率的影响，并因此探索提高绝热演化的新途径。本课题的研究对进一步理解绝热计算的本质、绝热量子信息处理乃至绝热计算机的实用化具有重要的理论指导意义。