芯片制造商正越來越多地采用晶體管層堆疊技術，在有限空間內集成更強計算能力。然而，當前用于檢測可能導致 3D 芯片失效的深埋缺陷的技術，要么效果不佳，要么具有破壞性。不過，一家初創公司表示，基于人造鉆石的新型量子傳感器有望幫助代工廠在生產過程中快速捕捉這些隱藏缺陷，且不會對芯片造成損壞，這可能為行業節省數十億美元成本。

馬里蘭州大學公園市量子技術公司 EuQlid 的聯合創始人兼首席執行官 Sanjive Agarwala 表示：“芯片中電流傳輸所依賴的互連結構若存在缺陷 —— 無論是金屬沉積不當、硅片裂紋還是其他問題 —— 都會導致芯片失效，最終只能報廢。而隨著 3D 堆疊集成技術的興起，硅層堆疊形成的‘芯片三明治’一旦出現缺陷，整疊芯片都需丟棄，這是一個極其嚴重的問題。”

Agarwala 指出：“目前行業應對這一問題的主要方式是將成本轉嫁給終端用戶。如果我們能幫助解決這個難題，就能助力降低芯片價格、提升企業營收，讓更多市場受益于 3D 芯片的性能優勢。”

他表示，當前半導體行業檢測潛在缺陷的主要方式是光學可視化技術，但這類技術在穿透厚堆疊層時面臨巨大挑戰。“我們需要新的 3D 檢測技術，在制造過程中及時發現問題。”

盡管 X 射線檢測能夠看到垂直堆疊層內的缺陷，但 “檢測速度相對較慢，且 X 射線會損壞硅片”，Agarwala 補充道，“沒有廠商會在制造過程中使用 X 射線檢測 —— 它主要用于失效分析。”

來自人工鉆石的量子傳感器

Agarwala 介紹，EuQlid 推出的量子傳感器平臺 QuMRI，能夠通過精準繪制深埋互連結構中的電流分布，以無損、非接觸的方式快速發現 3D 堆疊芯片中的缺陷。“我們的檢測速度是 X 射線的 100 倍，且不會損壞檢測對象。”

量子傳感器將量子計算機面臨的最大挑戰 —— 有害干擾（即噪聲）—— 轉化為了自身優勢。噪聲會干擾量子計算機的運行，因為量子計算依賴的量子效應極易受外界干擾影響；而量子傳感器恰恰利用這些干擾來檢測磁場、電場等物理量的微小變化。

QuMRI 量子傳感器的核心是微型人造鉆石，每顆鉆石內部都存在一種缺陷：一個碳原子被氮原子取代，且相鄰的碳原子缺失，形成 “氮空位（NV）中心”。當這些氮空位中心被綠光照射時，會發出紅光熒光；附近電流產生的磁干擾會改變這種熒光響應，使氮空位中心具備傳感功能。

Agarwala 表示，QuMRI 的檢測精度可與 X 射線媲美，檢測深度可達 100 至 150 微米，“這在可預見的未來完全能滿足半導體行業的需求”。

全球領先的半導體研究中心 Imec 的材料與組件分析總監 Paul van der Heide 在聲明中稱：“EuQlid 的 QuMRI 技術通過無創可視化深埋互連缺陷，滿足了下一代半導體設計與制造的基礎性技術需求。”

除檢測深埋缺陷外，QuMRI 還具備防范 “硬件木馬” 這類網絡安全漏洞的潛在應用價值。Agarwala 舉例說明：“假設有人在芯片中植入可竊取運行信息的木馬，當木馬啟動時會產生電流流動，我們的傳感器能夠檢測到這一異常電流，從而發現木馬的存在。”