科创中国

获奖证书编号：2023-HJC-1-08

后摩尔时代，芯片工作频率和集成度越来越高，晶圆级电磁兼容、工作温度等多物理场测试成为必然技术趋势，但现有的芯片测试技术存在空间分辨率低，工作频率低，无法同时满足晶圆级多物理场测试需求，导致高端芯片研发周期拉长，成本激增。针对这一产业技术需求，申报团队基于金刚石中氮 - 空位（Nitrogen-Vacancy，NV）色心在不同电磁场与温度场环境下不同的量子调控特性，提出了基于量子传感原理的芯片级多物理场（矢量微波磁场、温度场）高分辨率精密测量方法，独创了能够同时进行微波磁场与温度场高分辨率测量的锥形光纤金刚石 NV 色心探头，研制了晶圆级多物理场测试原型机。本技术发明主要创新点如下：

1. 独创锥形光纤金刚石 NV 色心探头。采用自主设计的锥形光纤和自主开发的微米晶体到光纤的转移操作平台，研制了微米量级的光纤量磁场探头，荧光收集效率提升 10 倍以上。

2. 提出量子态脉冲副载波调制方法。在传统脉冲光探测磁共振基础上增加副载波调制解调，攻克了量子态操控的同时信号快速测量的难题，实现了微波磁场高灵敏度高信噪比的快速测量；在相同条件下，微波磁场的信噪比提升 12 dB。

3. 提出金刚石晶轴定向和能级调谐方法。该方法可以快速确定晶轴在实验室坐标下的取向，并实现工作频率连续调谐。实现了探头工作频率从 DC 到 14GHz 连续调谐， 有望拓展至毫米波频段，并实现微波磁场矢量测量。

4. 提出微波频率跳频调制方法。利用微波源以一定频率输出两个不同频率的微波信号，将通过 ODMR 谱峰频率偏移测量温度转换为通过谱峰幅值变化测量温度，减少温度测量时间、提高测量频率实现实时温度测量。

微波磁场测量部分工程样机已经在芯片龙头企业中兴微电子等多家企业和研究机构得到应用。在中国民营科技促进会举办的科技成果评价会上，本成果获得院士专家高度认可。专家评价：“ 该项目技术复杂，难度很大，在锥形光纤亚微米级金刚石 NV 色心探头和芯片电磁近场的高分辨高速成像方法等方面有重大创新，拥有自主知识产权，核心技术自主可控，整体水平达到国际先进水平，其中锥形光纤亚微米级金刚石NV 色心探头属于国际首创。”

该项目获得第十届淮海科学技术奖一等奖，主要完成人：陈国彬、杜关祥、杨会、仲伟松、陈业高，完成单位：宿迁学院、南京邮电大学。

来源：淮海科学技术奖委员会办公室