作者

陈丽娟，罗四海*，杨东旭，原琦，张瀛方，孙柏，吕建，陈小亮*，田洪淼，李祥明，任冯刚*，吕毅，Stefan A. Maier，邵金友*

机构

西安交通大学第一附属医院，西安交通大学，西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安交通大学前沿科学技术学科交叉中心，中国科学院光电技术研究所，莫纳什大学

Citaion

Chen L J et al. 2026. Scalable and reproducible sub-5 nm manufacturing for next-generation devices. Int. J. Extrem. Manuf. 8 022010.

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DOI: 10.1088/2631-7990/ae2578

撰稿 | 文章作者

1.文章导读

摩尔定律放缓背景下，亚5纳米结构的规模化、可重复制造，已成为全球半导体产业与纳米科技领域的核心攻坚难题。现有技术多受制于串行工艺的低效率与制备过程的高波动性，难以支撑下一代器件的商业化落地。

近期，西安交通大学第一附属医院任冯刚教授、罗四海教授团队及西安交通大学前沿科学技术研究院邵金友教授、陈小亮教授团队联合在SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上发表了题为“Scalable and reproducible sub-5 nm manufacturing for next-generation devices”的文章，综述了亚5纳米制造领域前沿技术，聚焦规模化量产核心方案，为量子器件、神经网络芯片等下一代器件的发展提供了关键技术指引。

图1 可扩展与可重复sub-5 nm制造方法及应用概述。

2.图文解析

在量子计算、神经网络等前沿领域的驱动下，亚5纳米级结构的可控制造成为解锁器件性能上限的关键，催生了各类创新光刻与加工技术的突破。主流极紫外光刻（EUVL）作为先进制程核心技术，虽具备高可扩展性与良好重复性，但需依赖多重曝光工艺实现5纳米以下图形化，且设备成本高、供应集中，其重复性还受光源稳定性、掩模缺陷及光刻胶性能等因素制约。极紫外干涉光刻（EUV-IL）的改进型镜面干涉光刻（EUV-MIL）技术通过创新性光学设计（如双镜干涉仪），利用相干光束干涉原理，成功突破传统光刻分辨率极限，实现4纳米半节距（HP）的高精度图形化。未来，该技术有望通过优化光学稳定性、提升制程兼容性与量产效率，为量子芯片、高端存储等前沿领域微型化提供核心支撑，推动半导体制造迈入更高分辨率维度。

图2 极紫外干涉光刻技术亚5纳米制造研究进展。

亚5纳米制造技术已形成多元化突破格局，为各类前沿应用落地奠定坚实基础。在光学应用领域，表面增强拉曼光谱（SERS）技术的性能跃升便是典型成果。通过激光直写、粘附光刻等技术，可精准制备亚5纳米金属纳米间隙结构——这类结构能借助局域电磁场“热点”效应大幅增强拉曼信号，同时兼具大面积均匀性与高密度热点优势。目前，该技术已成功应用于环境纳米颗粒、湖水痕量农药等精准检测场景，为生物医药、环境监测等领域搭建起高效检测平台。

图3 表面增强拉曼光谱应用。

在核心电学应用场景中，亚5纳米制造工艺正凭借原子级精度的纳米间隙调控能力，为电子器件革新注入核心动力。通过原子层光刻、粘附光刻、激光直写等技术构建的亚5纳米电极阵列，可在超低工作电压（<1 V）下实现的高开关比与稳定性，不仅大幅降低了存储单元的能耗，更与神经网络芯片对能效和计算密度的严苛需求深度契合，可支撑高密度突触仿生结构与存算一体架构的集成，为神经形态计算、边缘智能设备中的类脑芯片开发提供了关键工艺路径。

图4 存储器件应用。

3.总结与展望

亚5纳米制造技术的突破将推动半导体产业向原子级精度与三维（3D）集成方向演进，其核心在于跨材料、工艺、计量及架构的协同创新。通过开发新型图案化材料与智能算法优化光刻工艺，结合高精度3D制造与原子级加工技术，可突破传统硅基器件的物理极限，实现超低功耗、高密度集成的量子器件与神经形态芯片。同时，AI与先进计量技术的深度融合将加速制造闭环的智能化升级，而跨学科协作（如半导体物理、量子信息、生物电子）将催生颠覆性应用生态。未来十年，该领域需攻克原子级制造的可扩展性难题，建立“设计-制造-表征”全链条创新体系，最终推动微电子技术向量子精确制造与智能硬件的范式跃迁，重塑算力、通信及医疗等产业格局。

图5 挑战与展望。

4.作者与团队简介

罗四海，西安交通大学第一附属医院

西安交通大学

西安交通大学第一附属医院与西安交通大学教授（双聘），博士生导师，国家级青年人才，主要从事先进光刻技术（亚10纳米）与功能器件研究，近年来在Advanced Materials、ACS Nano、Advanced Functional Materials、Nano Letters等著名学术期刊发表论文近30篇。担任中国科学院一区期刊International Journal of Extreme Manufacturing (IF=21.3)、Microsystems & Nanoengineering (IF=9.9) 、Nano-Micro Letters (IF=36.3)等青年编委。

任冯刚，西安交通大学第一附属医院

西安交通大学第一附属医院肝胆外科临床医生，胆胰内镜外科主任助理，教育部创新团队主要成员。长期从事医工结合内镜外科技术创新研究与应用，率先开展经自然腔道脉冲电场消融关键技术研发与临床转化，完成世界首例内镜下脉冲电场肿瘤消融术。主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金青年项目、陕西省自然科学基础研究计划、中央高校基本科研业务费等6项；以第一/通讯作者发表SCI收录论文8篇，申请各类专利13项，获授权8项。

陈小亮，西安交通大学

西安交通大学教授，博士生导师，国家级青年人才，主要从事微纳制造、智能感知与可穿戴电子方面的研究工作，主持国家自然科学基金、装备预研共用技术项目、国家重点研发计划子课题等多项国家/省部级项目。以第一及通信作者在Science Advances、Advanced Materials、Device等国际知名期刊发表论文30余篇，担任Nano-Micro Letters、Microsystems & Nanoengineering、Soft Science青年编委，入选陕西省人才、国家博士后创新人才支持计划，获教育部自然科学一等奖、陕西省自然科学一等奖等科技奖励。

邵金友，西安交通大学

西安交通大学教授，国家高层次人才，西安交通大学副校长，陕西微纳制造与智能感知创新团队学科带头人。主持国家自然科学基金“纳米制造基础研究”重大研究计划重大集成项目、国家重点研发专项等重大项目；在Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials等国际高水平期刊发表论文160余篇论文；授权国家发明专利60多项，美国专利2项；获国家教学成果二等奖、教育部自然科学一等奖、陕西省自然科学奖一等奖等教学科研奖励。

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