8英寸晶圆上精准排布上亿颗纳米金刚石这一高难度操作，现可在5分钟内完成。
香港大学褚智勤副教授团队联合南方科技大学、韩国科学技术院等机构，创新性提出静电捕获技术，首次在8英寸晶圆实现纳米金刚石的高良率阵列化排布，良率达82.5%。该方法操作高效，单次仅需5分钟，且完全兼容现有CMOS生产线。
技术原理可简明理解为：在8英寸晶圆上将25×25阵列的150纳米纳米金刚石精准嵌入对应孔洞。传统方法面临效率低（如原子力显微镜单颗操作）、成功率差（自组装随机分布）或成本高（电子束光刻）等瓶颈。
新方案通过静电场调控实现突破：在微米级孔洞底部设置正电"地毯"，侧壁覆盖负电"墙纸"，形成"漏斗"状电势场。带负电的纳米金刚石溶液注入后，颗粒自动吸附至孔底中心，确保单孔单颗粒精准定位。
图丨褚智勤教授团队（来源：受访者）
研究团队通过理论与实验双重验证，揭示孔洞直径是决定纳米金刚石沉积数量的关键参数，为后续工艺优化提供科学依据。该技术将有力推动纳米金刚石在生物成像、磁场探测及量子通信等领域的商业化应用，团队已成立DiamNEX公司推进成果转化。
静电梯度技术解析：微米级孔洞的纳米级控制
传统电子束刻蚀虽精度高，但成本高昂且难规模化。研究团队创新采用标准光刻工艺制作微米级孔洞掩膜板，利用光刻胶实现低成本大面积加工。关键突破在于发现颗粒自动居中现象：通过调控衬底与侧壁电荷分布，构建三维电势场梯度，使纳米金刚石定向迁移至孔底势阱中心。
实验数据显示，3微米孔径的捕获区域稳定在0.4微米范围内，颗粒位置可维持数小时。理论预测与实验结果高度吻合——孔径扩大导致捕获数量增加，而深度变化影响甚微。
图丨静电捕获技术作为在CMOS兼容基底上制备均匀纳米点阵列的可扩展方法（来源：Nature Communications）
单颗粒精准阵列：技术验证与产业化前景
团队对25×25阵列进行五组独立验证，82.5%点位成功捕获单颗纳米金刚石，颗粒位置偏差控制在500纳米内。该技术已成功集成硅波导、氮化镓微柱及金质天线三大异质平台，验证了工艺普适性，并具备扩展至12英寸晶圆的潜力。
研究突破性解决了纳米金刚石标准化难题："我们为每颗颗粒赋予'数字身份证'，终结了行业无序状态，为芯片级量子探测系统奠定基础。"褚智勤教授指出，该技术有望将桌面级量子探测系统微型化，未来或集成至便携设备实现高灵敏检测。
图丨静电捕获法具有高度可重复性（来源：Nature Communications）
相关论文《基于静电捕获技术的单颗纳米金刚石晶圆级集成》发表于Nature Communications，香港大学景纪祥博士与王奕程博士为共同第一作者。研究团队正推进技术产业化，计划通过硅光子学平台验证，将纳米金刚石精准植入集成光路节点。
图丨相关论文（来源：Nature Communications）
当前研究重点在于优化工艺参数以兼容三维衬底结构。短期内技术将转化为检测设备核心组件，中长期目标则是通过调控色心特性，推动量子计算与高精度传感技术的实用化落地。
图丨静电捕获法与混合平台及CMOS技术兼容（来源：Nature Communications）
参考链接：
1.https://doi.org/10.1038/s41467-026-69590-y
2.https://www.diamnex.com/
