在当今世界，技术进步以闪电般的速度发生，确保制造过程最大可能完美至关重要。其中，半导体芯片制造过程因其对几乎无污染环境的严格要求而著名。美国国家标准与技术研究所（ National Institute of Standards and Technology，NIST）最近的研究有望对半导体芯片制造产生推动作用，在监控和维护芯片生产环境方面提供超高精度的方法。

芯片制造中的真空环境很重要

半导体生产过程发生在专门的真空室中。虽然“真空”一词意味着什么都没有，但实际上，真空室中往往包含微小数量的原子或分子。这些微小的残留物可能导致微芯片上的重大缺陷。因此，准确测量这些分子产生的压力至关重要。

在芯片制造中，即使是最轻微的偏差也可能导致产品故障。鉴于半导体运行的极其微小的尺寸，即使是原子和分子污染物也会降低芯片的性能。随着技术的不懈前进，以及芯片日益小型化，真空环境所允许的误差或杂质的范围进一步缩小。

CAVS：压力测量的新时代

由NIST科学家开发的冷原子真空标准（Cold Atom Vacuum Standard，CAVS）引入了一种测量超低真空压力的革命性方法。这种创新方法利用了被困在磁场中的锂原子或铷原子。当这些原子被特定的激光频率照亮时，它们会发出荧光。当来自腔室的分子与这些被困的原子碰撞时，这种发光的强度会减弱。通过量子力学计算准确预测辉光强度的下降，可以提供令人难以置信的敏感压力测量。

CAVS对芯片制造过程特别重要

1.无与伦比的精度：CAVS可以测量甚至低于地球海平面大气压万亿分之一（a trillionth）的压力。这种精度对于未来的芯片技术至关重要，因为这些芯片技术将要求更纯净的制造环境。

2.活性气体测量：CAVS的初步研究侧重于惰性气体。然而，未来有可能测量更多的活性气体，这些气体在半导体工艺中发挥着重要作用，非常可能是真空室中的残留污染物。

3.简单性和自动化：CAVS的一个版本是便携式和自动化的，这种组合为芯片制造带来了巨大的优势。这样的系统可以实现即时的现场测量，而无需进行广泛的校准，确保实时质量控制和效率。

展望未来

CAVS的好处超越了精度。与传统方法相比，其固有的简单性可以节省成本并简化芯片制造流程。此外，随着CAVS成为行业标准，它可能创造一个环境污染物极少的芯片制造环境，大大减少芯片缺陷。随着半导体行业准备迎接未来的技术挑战，像CAVS这样的工具将是必不可少的。

论文：Accurate measurement of the loss rate of cold atoms due to background gas collisions for the quantum-based cold atom vacuum standard” by Daniel S. Barker, James A. Fedchak, Jacek Kłos, Julia Scherschligt, Abrar A. Sheikh, Eite Tiesinga and Stephen P. Eckel, 1 August 2023, AVS Quantum Science.