隨著半導體器件向更小尺寸、更高性能發(fā)展，表界面原子級結(jié)構(gòu)對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，還可能導致器件老化和失效，嚴重制約器件穩(wěn)定性和壽命。在LED、光伏、探測傳感等領域，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；新型半導體材料（如二維材料、寬禁帶半導體）的界面特性與傳統(tǒng)材料差異顯著，亟需深入研究以開發(fā)新型器件；集成電路制造中，表界面缺陷控制是實現(xiàn)更精細工藝節(jié)點的核心挑戰(zhàn)。

當前，半導體應用場景不斷擴展，對高性能、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)與缺陷已成為推動技術(shù)創(chuàng)新的當務之急。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)、化學成分和電學特性。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，亟需進一步發(fā)展更精準、更全面的研究方法。

圖1. 臺式X射線多功能聯(lián)用一體化譜儀示意圖

（國際專利：LU601690；PT3816LU）

近年來，復旦大學微電子學院楊迎國研究團隊基于上海光源大科學裝置和集成電路創(chuàng)新平臺，在國際上第一批開展基于同步輻射的新型金屬鹵化物半導體微結(jié)構(gòu)與缺陷的探測，研究新型半導體成核、結(jié)晶驅(qū)動力、缺陷起源、器件性能衰減機理等關(guān)鍵科學問題，探索出利用同步輻射掠入衍射散射（GIXRD，GIWAXS/GISAXS）等先進技術(shù)表征鈣鈦礦等新型半導體薄膜結(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以及表界面結(jié)構(gòu)對薄膜成核結(jié)晶研究的痛點問題，推進了新型光電器件研究和產(chǎn)業(yè)化進展。然而，由于同步輻射等大科學裝置的運行和維護成本較高，且數(shù)據(jù)采集和分析過程復雜，需要專業(yè)的團隊和設備支持，同步輻射數(shù)據(jù)的多維度、高復雜性也給數(shù)據(jù)分析和模型構(gòu)建帶來了挑戰(zhàn)。 

在復旦大學和中國科學院的支持下（橫向項目，臺式X射線譜儀多功能聯(lián)用一體化裝置研制，已結(jié)題），微電子學院楊迎國等聯(lián)合上海光源李麗娜團隊，成功研發(fā)出“臺式X射線多功能聯(lián)用一體化譜儀”，實現(xiàn)大科學裝置功能向臺式桌面化轉(zhuǎn)化。將這一重要研究手段轉(zhuǎn)化為實驗室可使用設備，國產(chǎn)化率達100%，成為半導體量檢測、材料科學研究的表征基礎，大大加速半導體表界面結(jié)構(gòu)與缺陷的研究。

近日，該研究團隊聚焦新型半導體發(fā)光二極管等器件領域的效率、穩(wěn)定性等痛點問題，與國內(nèi)外頂級科研團隊合作開展深入研究。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、有機分子晶面擇優(yōu)取向的納米級調(diào)控等方面取得重要成果，楊迎國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）等國際國內(nèi)高質(zhì)量期刊；與此同時，在新型量子點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）等國內(nèi)外權(quán)威期刊。

圖2. 新型發(fā)光二極管LED等半導體薄膜表面與界面結(jié)構(gòu)的納米級探測和調(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，研究團隊將繼續(xù)開發(fā)新型半導體表界面探測技術(shù)、結(jié)合AI多尺度模擬、優(yōu)化材料與工藝、推動跨學科融合，并加強實際應用驗證，以深入揭示表界面機制，提升器件性能，為下一代半導體技術(shù)突破提供關(guān)鍵支撐。上述研究工作得到了國家自然基金委、上海市科委、復旦大學引進人才項目、復旦大學實驗平臺、中科院/上海同步輻射光源相關(guān)線站、國家蛋白質(zhì)科學研究（上海）設施以及上海光源用戶實驗輔助系統(tǒng)等的支持和幫助。

（來源：復旦大學微電子學院）