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       在集成电路制造与质量控制中，可视化内部电流分布一直是技术瓶颈。传统电学探针方法不仅无法全面获取内部电流路径，还可能对敏感元件造成损伤。近日，印度科研团队利用量子金刚石显微镜（Quantum Diamond Microscope, QDM），成功在晶圆级非晶铟镓锌氧（a-IGZO）薄膜晶体管电路中实现高精度电流成像，为柔性电子器件的无损检测与性能优化提供了新思路。

       研究团队包括印度科学教育与研究院博帕尔分校（IISER Bhopal）的 Mayana Yousuf Ali Khan、Pralekh Dubey 和 Phani Kumar Peddibothla，以及印度理工学院坎普尔分校（IIT Kanpur）的 Lakshmi Madhuri P、Ashutosh Kumar Tripathi 和 Pydi Ganga Bahubalindruni。他们在近期发表的论文《Sensing Electric Currents in an a-IGZO TFT-Based Circuit Using a Quantum Diamond Microscope》中，详细介绍了这一研究成果。

       团队基于 a-IGZO 薄膜晶体管（TFT）制作了一个由 16 个晶体管组成的电流镜电路，并在晶圆级别利用 QDM 进行磁场成像，从而反推出电流分布。结果表明：

       QDM 获取的电流密度分布与传统电学测试高度一致；

       能够揭示常规探针方法无法直接访问的电流路径；

       在不接触电路的情况下，实现了对电路工作状态的高精度表征。

       技术原理与优势

       QDM 基于金刚石中氮-空位（NV）中心的磁场灵敏性实现工作。NV 中心是金刚石晶格中由氮原子替代碳原子并伴随空位形成的量子缺陷，其量子力学特性使其对极弱磁场高度敏感。

       当电路中存在直流电流时，会产生磁场。QDM 能够捕捉这些磁场分布，并生成二维磁场图像。研究人员进一步将这些磁场数据转换为电流密度分布，实现对器件内部电流流动路径的可视化。这一方法完全非侵入，不会破坏或影响被测器件。

       相比传统电学探针，QDM 具有以下优势：

       非接触式测量，避免损伤敏感结构；

       揭示隐藏电流路径，提升诊断完整性；

       量化精度高，与常规电学测试结果高度吻合。

       研究背景与发展

       NV 中心磁场测量的原理早在 Gruber 等（1997）和 Doherty 等（2013）的研究中确立，其在纳米磁场检测领域的潜力已被多次验证。后续研究（Reuss, Nomura, Roth, Tetienne, Broadway, Abrahams 等）在提升灵敏度、空间分辨率和应用场景方面不断拓展，为 QDM 的发展奠定了坚实基础。

       此次研究将 QDM 应用于 a-IGZO TFT 电路成像，是该技术在柔性电子检测中的一次重要实践，验证了其在新型半导体材料质量控制中的应用前景。

       该研究表明，QDM 对电流分布的高灵敏成像能力可用于：

       工艺优化：帮助工程师识别并消除制造过程中的缺陷；

       柔性电子质量控制：为 a-IGZO 等新兴材料器件提供无损检测；

       性能评估：精准分析电流路径与器件性能间的关联。

       未来，研究团队计划拓展 QDM 至更复杂的集成电路，并探索实时电流监测与三维成像能力。这将为芯片级诊断、缺陷追踪和设计优化提供更丰富的数据支持。

       量子金刚石显微镜通过 NV 中心磁场成像，实现了非接触式、高精度的电流分布测量，并在 a-IGZO TFT 电路中完成了晶圆级验证。这一成果不仅为柔性电子制造提供了可靠的无损检测手段，也为半导体行业的质量控制与设计优化开辟了新路径。随着成像技术与数据分析方法的进一步发展，QDM 有望成为先进电子器件研发与生产过程中的重要工具。