隨著半導(dǎo)體器件向更小尺寸、更高性能發(fā)展，表界面原子級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)器件性能的影響愈發(fā)顯著。表界面缺陷不僅降低載流子遷移率、增加電阻，還可能導(dǎo)致器件老化和失效，嚴(yán)重制約器件穩(wěn)定性和壽命。在LED、光伏、探測(cè)傳感等領(lǐng)域，界面缺陷直接影響EQE、傳感器靈敏度等，成為技術(shù)突破的關(guān)鍵瓶頸；新型半導(dǎo)體材料（如二維材料、寬禁帶半導(dǎo)體）的界面特性與傳統(tǒng)材料差異顯著，亟需深入研究以開(kāi)發(fā)新型器件；集成電路制造中，表界面缺陷控制是實(shí)現(xiàn)更精細(xì)工藝節(jié)點(diǎn)的核心挑戰(zhàn)。

當(dāng)前，半導(dǎo)體應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)展，對(duì)高性能、高穩(wěn)定性器件的需求日益迫切，深入研究表界面結(jié)構(gòu)與缺陷已成為推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新的當(dāng)務(wù)之急。為此，高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）、X射線(xiàn)光電子能譜（XPS）、原子力顯微鏡（AFM）等手段被廣泛用于表征表界面結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和電學(xué)特性。然而，這些手段通常局限于表面淺層分析，難以精確表征深層界面特性，且易受樣品制備和環(huán)境影響，亟需進(jìn)一步發(fā)展更精準(zhǔn)、更全面的研究方法。

圖1. 臺(tái)式X射線(xiàn)多功能聯(lián)用一體化譜儀示意圖

（國(guó)際專(zhuān)利：LU601690；PT3816LU）

近年來(lái)，微電子學(xué)院楊迎國(guó)研究團(tuán)隊(duì)基于上海光源大科學(xué)裝置和集成電路創(chuàng)新平臺(tái)，在國(guó)際上第一批開(kāi)展基于同步輻射的新型金屬鹵化物半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)與缺陷的探測(cè)，研究新型半導(dǎo)體成核、結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力、缺陷起源、器件性能衰減機(jī)理等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，探索出利用同步輻射掠入衍射散射（GIXRD，GIWAXS/GISAXS）等先進(jìn)技術(shù)表征鈣鈦礦等新型半導(dǎo)體薄膜結(jié)晶與取向的分析方法和創(chuàng)新理論（Nanoscale, 2014,引用約400次； Advanced Materials, 2020, 引用約300次；Energy Environ. Sci., 2021, 引用161次；Nature, 2024, 引用138次；均入選高被引論文），破解了薄膜材料的多維度結(jié)晶取向信息缺失的研究難點(diǎn)以及表界面結(jié)構(gòu)對(duì)薄膜成核結(jié)晶研究的痛點(diǎn)問(wèn)題，推進(jìn)了新型光電器件研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展。然而，由于同步輻射等大科學(xué)裝置的運(yùn)行和維護(hù)成本較高，且數(shù)據(jù)采集和分析過(guò)程復(fù)雜，需要專(zhuān)業(yè)的團(tuán)隊(duì)和設(shè)備支持，同步輻射數(shù)據(jù)的多維度、高復(fù)雜性也給數(shù)據(jù)分析和模型構(gòu)建帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

在復(fù)旦大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院的支持下（橫向項(xiàng)目，臺(tái)式X射線(xiàn)譜儀多功能聯(lián)用一體化裝置研制，已結(jié)題），微電子學(xué)院楊迎國(guó)等聯(lián)合上海光源李麗娜團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)出“臺(tái)式X射線(xiàn)多功能聯(lián)用一體化譜儀”，實(shí)現(xiàn)大科學(xué)裝置功能向臺(tái)式桌面化轉(zhuǎn)化。將這一重要研究手段轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)室可使用設(shè)備，國(guó)產(chǎn)化率達(dá)100%，成為半導(dǎo)體量檢測(cè)、材料科學(xué)研究的表征基礎(chǔ)，大大加速半導(dǎo)體表界面結(jié)構(gòu)與缺陷的研究。

近日，該研究團(tuán)隊(duì)聚焦新型半導(dǎo)體發(fā)光二極管等器件領(lǐng)域的效率、穩(wěn)定性等痛點(diǎn)問(wèn)題，與國(guó)內(nèi)外頂級(jí)科研團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)展深入研究。尤其是，在發(fā)光二極管（LED）等光電薄膜結(jié)晶相的高分辨調(diào)制、有機(jī)分子晶面擇優(yōu)取向的納米級(jí)調(diào)控等方面取得重要成果，楊迎國(guó)分別作為共同第一作者或通訊作者發(fā)表在Nature（2024、2025）、Nature Energy（2025）、Adv. Funct. Mater（2025）、Adv. Sci.（2025）、JEC（2025）等國(guó)際國(guó)內(nèi)高質(zhì)量期刊；與此同時(shí)，在新型量子點(diǎn)LED、高性能異質(zhì)結(jié)LED等微結(jié)構(gòu)研究方面取得重要合作成果，發(fā)表在Nature（2025, 639, 633）、Nature（2025, 638, 949）、Nature Nanotechnology（2025, 20, 507）等國(guó)內(nèi)外權(quán)威期刊。

圖2. 新型發(fā)光二極管LED等半導(dǎo)體薄膜表面與界面結(jié)構(gòu)的納米級(jí)探測(cè)和調(diào)控研究

[Nature（2024, 630, 631-635)、Nature（2025, doi:10.1038/s41586-025-09137-1）、Nature Energy（2025, 10, 342-353）、Adv. Funct. Mater. （2025, 2507865）、Journal of Energy Chemistry（2025, 104, 254-267）等]

未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)開(kāi)發(fā)新型半導(dǎo)體表界面探測(cè)技術(shù)、結(jié)合AI多尺度模擬、優(yōu)化材料與工藝、推動(dòng)跨學(xué)科融合，并加強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，以深入揭示表界面機(jī)制，提升器件性能，為下一代半導(dǎo)體技術(shù)突破提供關(guān)鍵支撐。

上述研究工作得到了國(guó)家自然基金委、上海市科委、復(fù)旦大學(xué)引進(jìn)人才項(xiàng)目、復(fù)旦大學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、中科院/上海同步輻射光源相關(guān)線(xiàn)站、國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施以及上海光源用戶(hù)實(shí)驗(yàn)輔助系統(tǒng)等的支持和幫助。