浙大团队国内首发硅-28硅烷特气与外延片：化学纯度达99.99998%，填补国内相关材料空白

IT之家 10 月 22 日消息，浙江大学杭州国际科创中心量子信息硅团队在上周举行的第二届量子科技前沿论坛上，国内首次发布了硅-28 硅烷特气与 4 英寸硅-28 外延片两项成果。

该团队由中国科学院院士杨德仁与浙江大学教授余林蔚带领，成果属于国家级课题“量子信息硅-28 同位素外延片制备及应用”的阶段性进展。这是国内团队首次同时公布从硅-28 特气到外延基材的完整材料数据。

硅元素有硅-28、硅-29、硅-30 三种稳定同位素。硅-28 的原子核自旋为零，不会像硅-29 和硅-30 那样产生核自旋噪声，因此被视为硅基量子芯片最理想的衬底材料。但三种同位素的化学性质极为接近，高丰度硅-28 的分离与富集长期是材料环节最难跨越的门槛之一。

今年 6 月，中核集团核工业理化工程研究院已宣布首次实现丰度超过 99.99% 的硅-28 同位素自主量产，不过当时打通的是同位素富集环节，向下游外延材料的转化尚未完成。

此次发布的核心数据集中在两项指标上。经中国计量科学研究院检测，硅-28 硅烷特气的硅-28 同位素丰度为 99.99576%，化学纯度为 99.99998%。

IT之家提醒，化学纯度与同位素丰度是两个不同的概念：前者衡量的是气体中杂质元素的总量，后者衡量的是硅原子中硅-28 所占的比例。

99.99998% 的化学纯度意味着硅烷气体本身的杂质水平极低，而 99.99576% 的丰度则说明气体中的硅原子已高度富集为无核自旋的硅-28。两项指标同时达到这一水平，是后续外延生长能够获得高丰度硅-28 薄膜的前提。

依托该特气，团队自主研制了 4 英寸硅-28 外延片。经二次离子质谱检测，外延层中的硅-28 丰度为 99.9937%，与特气丰度处于同一量级，说明从气源到固态外延层的转化过程没有出现显著的同位素稀释。余林蔚在成果发布中表示，实现硅-28 的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。从产业链角度看，此次成果的意义在于补齐了硅-28 从特气到外延片的关键两环，使国内硅基量子芯片研发在衬底材料端有了可用的国产选项。

需要指出的是，当前公布的是材料制备阶段的检测数据，尚未涉及以该外延片制造的量子器件在相干时间、门保真度等核心量子指标上的表现。材料丰度达到 99.99% 以上是硅基量子比特获得长相干时间的基础条件，但从材料到可工作的量子芯片之间仍有器件工艺、界面缺陷控制等多重环节需要验证。该团队将此次成果定位为“阶段性突破”，后续仍需观察这一材料路线在真实量子器件中的表现。