随着半导体器件向更小尺寸、更高性能发展，表界面原子级结构对器件性能的影响愈发显著。表界面缺陷不仅降低载流子迁移率、增加电阻，还可能导致器件老化和失效，严重制约器件稳定性和寿命。在LED、光伏、探测传感等领域，界面缺陷直接影响EQE、传感器灵敏度等，成为技术突破的关键瓶颈；新型半导体材料（如二维材料、宽禁带半导体）的界面特性与传统材料差异显著，亟需深入研究以开发新型器件；集成电路制造中，表界面缺陷控制是实现更精细工艺节点的核心挑战。
当前，半导体应用场景不断扩展，对高性能、高稳定性器件的需求日益迫切，深入研究表界面结构与缺陷已成为推动技术创新的当务之急。为此，高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、扫描隧道显微镜（STM）、X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）等手段被广泛用于表征表界面结构、化学成分和电学特性。然而，这些手段通常局限于表面浅层分析，难以精确表征深层界面特性，且易受样品制备和环境影响，亟需进一步发展更精准、更全面的研究方法。
图1. 台式X射线多功能联用一体化谱仪示意图
（国际专利：LU601690；PT3816LU）
近年来，复旦大学微电子学院杨迎国研究团队基于上海光源大科学装置和集成电路创新平台，在国际上第一批开展基于同步辐射的新型金属卤化物半导体微结构与缺陷的探测，研究新型半导体成核、结晶驱动力、缺陷起源、器件性能衰减机理等关键科学问题，探索出利用同步辐射掠入衍射散射（GIXRD，GIWAXS/GISAXS）等先进技术表征钙钛矿等新型半导体薄膜结晶与取向的分析方法和创新理论（Nanoscale, 2014,引用约400次； Advanced Materials, 2020, 引用约300次；Energy Environ. Sci., 2021, 引用161次；Nature, 2024, 引用138次；均入选高被引论文），破解了薄膜材料的多维度结晶取向信息缺失的研究难点以及表界面结构对薄膜成核结晶研究的痛点问题，推进了新型光电器件研究和产业化进展。然而，由于同步辐射等大科学装置的运行和维护成本较高，且数据采集和分析过程复杂，需要专业的团队和设备支持，同步辐射数据的多维度、高复杂性也给数据分析和模型构建带来了挑战。
在复旦大学和中国科学院的支持下（横向项目，台式X射线谱仪多功能联用一体化装置研制，已结题），微电子学院杨迎国等联合上海光源李丽娜团队，成功研发出“台式X射线多功能联用一体化谱仪”，实现大科学装置功能向台式桌面化转化。将这一重要研究手段转化为实验室可使用设备，国产化率达100%，成为半导体量检测、材料科学研究的表征基础，大大加速半导体表界面结构与缺陷的研究。
近日，该研究团队聚焦新型半导体发光二极管等器件领域的效率、稳定性等痛点问题，与国内外顶级科研团队合作开展深入研究。尤其是，在发光二极管（LED）等光电薄膜结晶相的高分辨调制、有机分子晶面择优取向的纳米级调控等方面取得重要成果，杨迎国分别作为共同第一作者或通讯作者发表在Nature（2024、2025）、Nature Energy（2025）、Adv. Funct. Mater（2025）、Adv. Sci.（2025）、JEC（2025）等国际国内高质量期刊；与此同时，在新型量子点LED、高性能异质结LED等微结构研究方面取得重要合作成果，发表在Nature（2025, 639, 633）、Nature（2025, 638, 949）、Nature Nanotechnology（2025, 20, 507）等国内外权威期刊。
图2. 新型发光二极管LED等半导体薄膜表面与界面结构的纳米级探测和调控研究
[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]
未来，研究团队将继续开发新型半导体表界面探测技术、结合AI多尺度模拟、优化材料与工艺、推动跨学科融合，并加强实际应用验证，以深入揭示表界面机制，提升器件性能，为下一代半导体技术突破提供关键支撑。上述研究工作得到了国家自然基金委、上海市科委、复旦大学引进人才项目、复旦大学实验平台、中科院/上海同步辐射光源相关线站、国家蛋白质科学研究（上海）设施以及上海光源用户实验辅助系统等的支持和帮助。
（来源：复旦大学微电子学院）
