原子层抛光实现晶圆1纳米级全局平坦化、原子层刻蚀以自限制逐层反应实现原子级精度、原子级缺陷控制有望将激光武器功率从100kW提升至MW级别——原子级去除与改性技术正从实验室走向战略应用。本白皮书系统阐述了原子精准一致去除、批量原子定域改性、原子级缺陷控制的原理与方法，揭示了其在先进芯片制造、强激光武器等国家战略领域的关键价值。
原子精准一致去除——抛光、刻蚀与切削的极致精度
原子精准一致去除是指材料去除精准控制在原子层级别的表面制造技术，包括原子层抛光、原子层刻蚀、原子层切削。随着高端芯片、国防军工等领域核心零部件逐渐向尺度和功能极端化方向发展，加工质量与精度要求日益苛刻，甚至需要在宏观大面积达到原子级表面精度以及近零损伤加工。
原子层抛光（ALP）是实现大面积、原子级精度、无损表面原子级制造的关键技术，包括化学机械抛光、等离子体抛光、弹性发射抛光、离子束抛光、团簇束流抛光。后摩尔时代先进芯片制造工艺将迈入1纳米物理极限，原子层去除加工需求贯穿芯片制造的主要工艺流程。EUV反射镜光刻物镜的平坦度直接影响光刻分辨率，其表面需要采用原子级抛光技术将全频段的粗糙度控制在皮米量级，否则无法实现5纳米以下的芯片制程。
原子层刻蚀（ALE）利用原子层沉积形成的自限制逐层反应结合传统的连续刻蚀工艺，在刻蚀精度、平整度、随形性、工艺稳定性和可重复性方面具有连续刻蚀无法比拟的优越性。然而，现有ALE工艺仍然面临难以实现理想预沉积、选择性不足、容易自发刻蚀等问题。
原子尺度切削（ASM）是切削加工技术从宏观尺度发展到微米再到纳米尺度的下一阶段，旨在于对材料去除量进行原子量级的精确控制。但由于探针与样品之间存在较大法向力，探针面临严重的磨损问题，研究人员正尝试利用激光、离子束、声场、电场等能场辅助手段弥补单一机械力控制方式的不足。
批量原子定域改性——从离子注入到性能量级提升
批量原子定域改性是指利用能场/能束等辅助手段调控材料表面原子层组织结构或内部原子尺度缺陷，使材料和产品核心性能量级提升的技术，包括原子级缺陷控制和修复、原子层精确注入与掺杂等。
原子级缺陷控制与修复技术利用外加物理场驱动材料或器件表层原子发生定向迁移、重排与修复。以强激光武器中的高精度光学元件为例，目前受制于表面/亚表面缺陷损伤的影响，激光武器输出功率普遍局限于100kW级别。若能将其损伤层厚度控制在5个原子层以内，并实现强光光学锥镜在100微米尺度上5层原子的匹配精度，则有望将激光武器功率提升一个数量级，达到MW级别，显著增强武器装备的战略威慑与实战打击能力。
原子层精确注入与掺杂是指将可控计量的高能离子精确注入到材料表层的技术。随着高端制程芯片持续微缩至3纳米制程及以下，其对离子注入的精度要求已从传统的统计性掺杂跃升至对原子级注入深度与定位的极致追求。若注入深度出现哪怕数个原子层的偏差，都可能导致器件性能急剧衰退乃至失效。
原子级缺陷控制——从损伤抑制到多能场修复
原子级缺陷控制是指通过多能场协调精准控制原子结构重排，探索调控、生成、修复或消除材料中各类点缺陷、位错、空位等原子尺度的缺陷控制方法。
表面/亚表面损伤抑制是指在原子层去除、原子层沉积/刻蚀等制造过程中通过引入外界能场、降低输入能量、优化制造工艺等创新手段，减少加工过程中产生的原子缺陷和材料损伤的技术。
多能场损伤修复是指在材料制备或表面加工后，通过协同利用热场、电场、应力场等多种物理能场，对材料内部已存在的点缺陷、位错等微观缺陷进行原位修复或有序重构的技术。其核心在于利用多能场的耦合效应，驱动原子迁移与重排，从而实现缺陷的定向消除或转化为有利结构。
表面杂质超洁清洗是指采用物理或化学方法，在不损伤材料本体结构的前提下，彻底去除材料表面附着的原子/分子级污染物、氧化物层等杂质的技术。该技术致力于实现原子级洁净表面，通过精确控制清洗过程的能量与作用深度，确保在清除杂质的同时，最大限度抑制表面刻蚀、晶格损伤或次生缺陷的产生。
