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光刻机“基石”技术成功突破!我国距摆脱“卡脖子”,还有多远?

hi科普啦
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2024-04-08 16:26:41

要说我国现在工业制造领域还有什么求而不得的东西,大概就是高端的光刻机了吧。

然而好消息是,被称为光刻机“基石”的减振器,近日已被我国工程院院士成功突破,彻底打破了被国外“卡脖子”的局面。

据说这套减振器,是中国工程院院士陈学冬,耗费22年光阴打造而成的。减振器究竟是一种什么东西?能让一名科学家执着这么长时间?

关于这个问题,咱们直接从减振器的发展史开始讲起

国产减振器如何进化?

一开始,减振器都是用在车辆行驶当中的。比如在19世纪的时候,法国科学家亨利·傅尼叶,就发明了一款伸缩式减振器。它作为初代减振器,可以用来改善马车的乘坐质量,不至于让乘客遭受路途上的剧烈颠簸。

到了20世纪初,一些科学家又发明出了液压减振器。利用这种减振器,可以让活塞在流体中运动,进而产生阻力,抑制车辆受到冲击。

紧随其后的,便是油气减振器。顾名思义,这类减振器既有“油”又有“气”。它可以同时压缩液体和空气,来达到一个减振的效果。

此外,在引入气体的同时,还能进一步提高减振器的响应能力。在这种情况下,减振器被压缩后,就能以极快速度得到恢复了。

后来科学家们发明了电子减振器。相比于前面几种减振器,电子减振器要先进好几个数量级。它可以通过控制单元和传感器,来监控车辆动态,以及驾驶证的输入指令。

在获取这些实时数据后,电子减振器就能及时调整减振水平了。如此一来,就能让乘客坐的更加舒适,同时也能让司机的操纵感更强

当然了,随着时代的发展,科技的进步。如今的减振器,已经不仅仅适用于汽车领域。像接下来要讲到的几个领域,也纷纷出现了减振器的身影。

减振器究竟有多重要?

减振器究竟是用来干嘛的?似乎生活中到处都是减振器的影子?比如在航空领域,人们可以将减振器用于飞机的起落架当中。

当飞机起飞或着陆时,减振就能吸收飞机接触地面时的能量,这样就能缓冲一部分冲击力了。不然的话,飞机上的乘客和货物都得散落一地。

在建筑业和采矿业中,也有减振器的存在。比如像塔吊、起重机、升降机等重型机械设备,它们在作业过程中,往往受到的冲击和振动比较大。加装了减振器以后,减振器就能吸收部分应力,这样就能防止设备被损坏了。

此外,在能源领域,减振器也有自己的用途。就拿风力发电机来说,上面的涡轮机长期暴露在强风当中,每天摇摇晃晃的。不仅震荡幅度大,震荡时间还特别长。长此以往,风力发电机几乎撑不了多长时间。有了减振器以后,就能避免其过度损坏,进而延长风力发电机的寿命。

当然了,除了用于大型设备以外,减振器还时常用在精密设备当中。比如像数控机床和各类光学仪器,它们在作业过程中,就需要用减振器来保持作业精度。尤其是类似于镜片刻蚀、打磨、抛光的流程,几乎离不开减振器的辅助。

此外,像医疗领域中的核磁共振仪,也得靠减振器来助力。因为它在成像过程中,需要一个稳定的环境,才能获取到一个精准结果。不然的话,就会让图像的质量变得模糊不清。而减振器,恰好可以提供这样一个稳定的环境条件。在这种情况下,核磁共振诊疗就能避免出现一系列错误了。

值得一提的是,如今的减振器,还时常用于军事领域。比如某些武器在射击的时候,常常因其巨大的后坐力,导致设备震动不止。在这种情况下,就极其影响武器的射击精度。

而加装了减振器以后,就能及时稳定武器的瞄准系统,进而消除武器射击振动带来的影响。可见,减振器无处不在,只要你能想到的地方,基本上都有减振器的影子。

国产光刻机减振器问世

当然,关于减振器最为高端的应用,当属光刻机领域了。

按照业内人士的说法,减振器相当于光刻机的“基石”。它在工作过程中,可以减少外部的冲击和振动,进而提高光刻机的加工精度。

像以前的话,咱们一直突破不了减振器的技术瓶颈,所以只能靠国外进口。每时每刻,都有被卡脖子的风险。只要别人稍微一断供,咱们的芯片生产体系就没办法继续维持下去了。面对这种情况,华中科技大学的陈学冬教授,决定彻底攻破这个难题。

其实早在2002年的时候,陈学冬教授就开启了光刻机减振器的研发进程。

在研究过程中,陈学冬教授的团队面临的最大问题,就是零件质量。别看光刻机减振器的体积这么小,它上面涉及到的零件,多达上百种。

而且每个零件都需要我国自主研发,别人根本就不给参考方案。在这种情况下,我国只能对这些零部件一个一个进行尝试。一旦测试失败,那就推倒重来,直到成功为止。

就拿里面的一个橡胶制品来说,陈学冬团队前前后后一共试了几十种材料。有的材料强度不够,有的材料疲劳寿命太短。总之,90%的材料都不符合要求。可见,这个光刻机减振器项目的难度是有多大。

最终,经过陈学冬团队日复一日的努力,他们终于研发出了国产准零刚度减振器

按照陈学冬教授的说法,这种减振器可以使光刻机的振动传递,从3%精进到0.3%。已经满足了DUV光刻机的基本性能要求,甚至一度达到国际领先水准。

预计在不远的将来,这款减振器还能实现国产化的替代和配套生产。真到了那个时候,国产光刻机势必能再往前跨出一大步。

可见,随着我国高端减振器的技术瓶颈被突破,国产光刻机未来可期。这既是我国科研人员的智慧结晶,同时也是我国工业实力的有力体现!