如今，CD-SAXS（关键尺寸小角X射线散射）是下一代半导体制造的全行业测量技术。CD-SAXS由NIST研究人员Wen-Li Wu和Joe Kline开发，通过多项合作研发协议，在行业合作伙伴的帮助下，CD-SAXS从实验室技术成熟为实际应用。需要这种协作努力才能在尽可能短的时间内将这项技术推向市场。大约60项专利申请可以追溯到这项研究。目前，所有主要的工具供应商和半导体制造工厂都在进行CD-SAXS开发项目，这些项目可以直接追溯到NIST的这项创新。

数百万人每天使用的大多数电子设备都含有半导体。这些半导体有效地允许电流流过它们，在为当前和未来的技术提供动力方面发挥着关键作用。半导体制造业目前每年产生约300亿美元的收入。

二十年前，NIST研究人员的小团队专注于测量晶体管。晶体管是放大、控制和产生电信号的半导体器件。反过来，晶体管是集成电路的有源元件，也称为微芯片。单个微芯片可以包含数十亿个晶体管。这些微芯片已经发展成像指甲一样小，每个晶体管都有一条DNA链的大小。测量必须准确无误，每个组件才能正常运行，这可能是一个艰巨的挑战，尤其是在半导体每年都变小的情况下。传统上，晶体管是用电子显微镜测量的，但随着晶体管尺寸的减小，电子显微镜已经跟不上了。

由Wen-Li Wu和Joe Kline领导的NIST团队寻求一种方法来测量为电子设备供电的数十亿个复杂纳米级晶体管的形状和尺寸。该行业需要新的测量方法，可以快速、无损地量化这些维度。需要快速、准确的测量，以确保制造和供应链不会中断，从而对行业产生负面影响。

大约在这个时候，Wu和Kline的NIST团队发明了X射线衍射，它提供了有关材料化学结构和物理性质的详细数据。NIST研究人员使用X射线衍射来研究原子的性质，因此该团队看到了在纳米级晶体管上使用这种技术的机会，这些晶体管的大小与DNA和蛋白质的结构相似。Wu和Kline开始开发应用于半导体行业的技术。他们的概念验证是测量半导体的形状、角度和特征的粗糙度。他们需要向行业证明他们可以量化这一点，以便将这种新测量方法实施到普遍实践中。

这种方法被称为关键尺寸小角X射线散射（CD-SAXS），可以无损地测量半导体器件中三维纳米结构的形状。这种创新的测量技术是在同步加速器设施中设计的，该设施为X射线提供了非常强大的来源。

从概念到工业应用的转变是一个需要克服的重大障碍，因为CD-SAXS与当时半导体的计量技术大不相同。它是如此不同，以至于Wen-Li和Joe不得不带头从头开始构建整个基础设施，从硬件规格到软件和数据分析工具。随之而来的是与半导体行业持续互动的需求，以在市场上创造接受度。他们需要说服半导体制造商采用这种技术，这将扰乱当前的半导体测量技术市场，但完全需要为半导体的未来铺平道路，因为它们继续以更小的小型化规模生产。

该团队通过构建整个基础设施、进行可行性研究以及开发所需的分析方法和软件，在实验室中快速设计了 CD-SAXS 原型。在此期间，NIST团队和企业之间建立了公私合作伙伴关系，这是将技术加速到制造设施以跟上半导体生产的必要步骤。行业领导者与NIST团队合作，使用CD-SAXS原型进行测量，使NIST团队能够验证CD-SAXS相对于标准测试方法的优越性。

随着半导体尺寸的不断缩小，CD-SAXS 继续在整个半导体制造行业中得到广泛采用。工业界必须有一种高度精确的方法来测量半导体，因为它们已经成为并将继续成为日常生活中发现和使用的技术的主要组成部分。