量子传感器初创公司寻找三维芯片的缺陷
芯片制造商正越来越多地采用晶体管层堆叠技术，在有限空间内集成更强计算能力。然而，当前用于检测可能导致 3D 芯片失效的深埋缺陷的技术，要么效果不佳，要么具有破坏性。不过，一家初创公司表示，基于人造钻石的新型量子传感器有望帮助代工厂在生产过程中快速捕捉这些隐藏缺陷，且不会对芯片造成损坏，这可能为行业节省数十亿美元成本。
马里兰州大学公园市量子技术公司 EuQlid 的联合创始人兼首席执行官 Sanjive Agarwala 表示：“芯片中电流传输所依赖的互连结构若存在缺陷 —— 无论是金属沉积不当、硅片裂纹还是其他问题 —— 都会导致芯片失效，最终只能报废。而随着 3D 堆叠集成技术的兴起，硅层堆叠形成的‘芯片三明治’一旦出现缺陷，整叠芯片都需丢弃，这是一个极其严重的问题。”
Agarwala 指出：“目前行业应对这一问题的主要方式是将成本转嫁给终端用户。如果我们能帮助解决这个难题，就能助力降低芯片价格、提升企业营收，让更多市场受益于 3D 芯片的性能优势。”
他表示，当前半导体行业检测潜在缺陷的主要方式是光学可视化技术，但这类技术在穿透厚堆叠层时面临巨大挑战。“我们需要新的 3D 检测技术，在制造过程中及时发现问题。”
尽管 X 射线检测能够看到垂直堆叠层内的缺陷，但 “检测速度相对较慢，且 X 射线会损坏硅片”，Agarwala 补充道，“没有厂商会在制造过程中使用 X 射线检测 —— 它主要用于失效分析。”
来自人工钻石的量子传感器
Agarwala 介绍，EuQlid 推出的量子传感器平台 QuMRI，能够通过精准绘制深埋互连结构中的电流分布，以无损、非接触的方式快速发现 3D 堆叠芯片中的缺陷。“我们的检测速度是 X 射线的 100 倍，且不会损坏检测对象。”
量子传感器将量子计算机面临的最大挑战 —— 有害干扰（即噪声）—— 转化为了自身优势。噪声会干扰量子计算机的运行，因为量子计算依赖的量子效应极易受外界干扰影响；而量子传感器恰恰利用这些干扰来检测磁场、电场等物理量的微小变化。
QuMRI 量子传感器的核心是微型人造钻石，每颗钻石内部都存在一种缺陷：一个碳原子被氮原子取代，且相邻的碳原子缺失，形成 “氮空位（NV）中心”。当这些氮空位中心被绿光照射时，会发出红光荧光；附近电流产生的磁干扰会改变这种荧光响应，使氮空位中心具备传感功能。
Agarwala 表示，QuMRI 的检测精度可与 X 射线媲美，检测深度可达 100 至 150 微米，“这在可预见的未来完全能满足半导体行业的需求”。
全球领先的半导体研究中心 Imec 的材料与组件分析总监 Paul van der Heide 在声明中称：“EuQlid 的 QuMRI 技术通过无创可视化深埋互连缺陷，满足了下一代半导体设计与制造的基础性技术需求。”
除检测深埋缺陷外，QuMRI 还具备防范 “硬件木马” 这类网络安全漏洞的潜在应用价值。Agarwala 举例说明：“假设有人在芯片中植入可窃取运行信息的木马，当木马启动时会产生电流流动，我们的传感器能够检测到这一异常电流，从而发现木马的存在。”
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