清华大学摩擦学国家重点实验室：2025原子级制造技术白皮书（55页）.pdf

1、原子级制造技术白皮书“原子级制造基础研究”重大研究计划专家组2025年12月目录目录01 前言.11.1 背景.11.2 本白皮书的意义.202 原子级制造的内涵.32.1 原子级制造的定义.32.2 原子级制造是物质科学与制造科学的融合.52.3 原子级制造是国家战略需求的关键支撑.72.4 原子级制造的现状和趋势.1003 原子级制造原理.153.1 批量原子操控原理.153.2 能场/能束与物质的原子尺度作用原理.173.3 原子级器件设计与工艺仿真.1904 原子级去除与改性原理与技术.234.1 原子精准一致去除.234.2 批量原子定域改性.254.3 原子级缺陷控制.264.4

2、原子级加工工艺与应用.2705 原子级构筑原理与技术.285.1 能场调控原子级构筑.285.2 原子精准团簇的构筑和宏量制备.305.3 原子层有序生长与界面构筑.325.4 原子级三维构筑与定向组装.335.5 新型原子级器件构筑.355.6 原子级构筑工艺及应用.3706 原子级制造测量与标准方法.416.1 原子级测控一体前沿.416.2 超分辨动态观测.426.3 材料原子尺度物性表征.436.4 原子级结构测量.446.5 原子级缺陷检测.4607 白皮书观点：原子级制造的挑战与机遇.497.1 原子级制造是先进制造发展必然趋势，是国家战略需求必破卡点.497.2 原子级制造的三大

3、科学问题与十大技术难题.4908 参考文献.52101 前言前言1.1 背景背景随着信息技术、航空航天、国防军工和新能源等行业的快速发展，核心部件和装备的制造精度要求不断提升，制造精度逐步逼近原子级别，传统的制造方法已经难以满足这些行业对精度的苛刻要求。例如，半导体行业的芯片制程已经接近 2 nm 乃至更小的尺度，对光刻技术和材料加工的要求达到了前所未有的精度标准。当前，传统技术面临着精度无法进一步突破的瓶颈，这些瓶颈制约了高精度、高性能需求的持续增长。因此，突破现有制造技术的局限，探索新的、更精细的制造方法成为实现高端装备和尖端技术的关键路径。在这种背景下，原子级制造应运而生，成为推动高精度

4、制造的重要技术路线。与传统的材料制备和原子操控技术不同，原子级制造不仅关注单个原子或原子层面的精细操控，更强调批量化、一致性和高效性。通过对原子位置和结构的精准调控，原子级制造能够在微观尺度上实现跨尺度构筑，创造出新型材料和器件。例如，光刻技术的精度要求已经达到原子级，芯片的对准精度必须小于 3 个原子直径，这一精度要求无法依靠传统的微观加工技术来实现。因此，原子级制造技术，尤其是在芯片、光学元件、航空航天领域，已成为推动技术发展的关键。对于我国而言，原子级制造不仅是未来制造业发展的必然趋势，也是提升我国科技竞争力的核心技术。我国在集成电路、光电设备和高精度制造领域的技术与设备仍处于全球技术发

5、展链的中游，尽管取得了一些突破，但仍面临技术瓶颈。例如，我国在超高精度光刻机的研发、先进半导体材料的生产以及高端装备制造等方面，仍依赖国外技术和设备，难以形成自主可控的产业链。当前，我国高端制造技术的短板使得在全球科技竞争中处于不利位置，迫切需要通过原子级制造技术的突破，提升我国在关键技术领域的自主创新能力。因此，原子级制造不仅关乎技术突破，也涉及国家战略层面的竞争。若能在该领域取得技术领先，将为我国在半导体产业、激光武器、航空航天等领域的高端装备制造奠定坚实基础，推动产业链从低端到高端的跃升。同时，原子级制造技术的突破将助力我国克服目前在核心技术上的“卡脖子”问题，增强产业自主性，最终实现从

6、“制造大国”向“制造强国”的转型。本技术白皮书邀请了原子级制造领域的优势研究力量，详细分析了原子级制2造的技术途径和国内外发展现状，总结了我国在该领域的基础优势和面临的挑战。报告旨在为技术规划、技术攻关、产业政策等提供参考，推动我国原子级制造技术的快速发展。在撰写过程中，也有很多未尽之处和编委们的知识所限，诚邀各位专家提出宝贵意见和建议，以进一步完善本报告，并推动我国在原子级制造领域的持续创新。1.2 本白皮书的意义本白皮书的意义本白皮书阐述了原子级制造的内涵、原子级制造原理、原子级去除与改性原理与技术、原子级构筑原理与技术、原子级制造测量与标准方法，最后介绍了原子级制造的挑战与机遇。具体结构