文｜《中国科学报》 记者 沈锦程商业运营治理有限公司春蕾

在一个行列方阵中，，，，，若是突然缺了一小我私家，，，，，就会泛起空位。。。。。。这样的“空位”一旦爆发在第三代半导体（宽禁带半导体）质料里就是点缺陷，，，，，虽然这样的缺陷小到肉眼看不见，，，，，却能直接影响芯片的性能。。。。。。

除了“空位”，，，，，宽禁带半导体的点缺陷还包括间隙原子和杂质缺陷等。。。。。。这些缺陷好比行列里突然多了一小我私家，，，，，会成为芯片里的“准时炸弹”。。。。。。一直以来，，，，，展现半导体内单体点缺陷的光电性子是一个天下级难题。。。。。。这一难题还限制了检测和剖析半导体质料及器件缺陷工具的研制历程。。。。。。

2025年6月，，，，，国家重大科研仪器研制项目（部分推荐）“宽禁带半导体点缺陷的单体光电特征表征仪器系统”（以下简称项目）顺遂结题验收。。。。。。评定专家组一致以为，，，，，“项目在多项焦点手艺上取得了突破” 。。。。。。

中国科学院长春光学细密机械与物理研究所（以下简称长春光机所）研究员申德振是项目的认真人。。。。。。日前，，，，，他在接受《中国科学报》采访时体现：“以前期准备到项目验收，，，，，我们团队支付了10年的起劲，，，，，接下来我们将推动这套仪器在电子信息和新能源等领域落地应用。。。。。。”

宽禁带半导体点缺陷的单体光电特征表征仪器系统焦点部件。。。。。。

申报历程并不顺遂

2011年，，，，，长春光机所牵头肩负“973”项目“Ⅱ族氧化物半导体光电子器件的基础研究”，，，，，主要研究目的是解决氧化锌P型掺杂的国际共性难题。。。。。。

申德振是“973”项目首席科学家。。。。。。他告诉记者：“昔时，，，，，我们团队在国际上首次提出可以战胜自赔偿效应的复合掺杂新理论，，，，，相关研究效果揭晓于《物理谈论快报》，，，，，获得了全球专家的高度认可。。。。。。”

其时的研究虽然从理论上取得了突破，，，，，但随着宽禁带半导体缺陷精准调控手艺以及纳米集成电路制程等即将进入纳米尺寸，，，，，未来即即是半导体内的单体缺陷，，，，，也会对超小尺寸的单器件爆发主要的影响。。。。。。

于是，，，，，申德振向导团队准备申请国家重大科研仪器研制项目，，，，，希望从近外貌的点缺陷入手，，，，，研究半导体内单体点缺陷性子。。。。。。

然而，，，，，申报历程并不顺遂。。。。。。申德振还记得他们从2015年最先准备项目的申报，，，，，最终专家组对团队提出的项目科学意义体现了认可，，，，，但在手艺蹊径方面保存质疑。。。。。。

“2016年我们又在专家意见基础上继续凝练，，，，，再次申请照旧以失败了却，，，，，但这一次专家组的认可度提高了许多，，，，，也提升了我们对项目申报的信心。。。。。。”申德振说，，，，，“2017年，，，，，我们终于获得了评审专家的认可，，，，，项目得以批准通过。。。。。。”

谈及为什么要研制这套仪器，，，，，申德振指出，，，，，其时我国半导体点缺陷全表征领域的焦点逆境是装备与焦点部件依赖入口、表征手艺系统不完整、工业应用与基础研究脱节，，，，，整体手艺较国际领先水平相差10到20年，，，，，高端应用环节的差别甚至达二三十年。。。。。。

随着半导体器件特征尺寸即将步入亚10纳米级阶段，，，，，我国和全球都缺乏对半导体内点缺陷，，，，，如空间位置、电子能级、振动能级等举行有用高区分表征的仪器系统。。。。。。

为此，，，，，申德振团队瞄准了这个虽然小但很是主要的偏向，，，，，希望针对半导体内单体缺陷精准表征，，，，，做出一套具有自主知识产权的仪器系统。。。。。。

平衡“借鉴”与“独创”

项目启动之初，，，，，多位专家提出，，，，，实验历程中应重点关注针尖加工及微弱信号网络的难度，，，，，做好危害防控。。。。。。

在针尖加工方面，，，，，申德振向导团队没有简朴沿用古板超高真空低温（STM）/针尖增强（TERS）的针尖研制思绪，，，，，而是从质料选择、几何结构到等离激元响应举行了系统重构，，，，，确保针尖制备历程稳固且可重复。。。。。。

在信号收罗方面，，，，，思量到单体点缺陷自己信号极其微弱，，，，，申德振向导团队接纳了多物理通道协同增强的战略，，，，，将单体点缺陷拉曼、深能级瞬态谱和发射光谱有机整合，，，，，显著提升了信噪比与判据可靠性。。。。。。

另外，，，，，针对半导体质料中的点缺陷、布里渊区界线效应及等离激元高效量子耦合等难题，，，，，团队开展了一系列攻关。。。。。。

“有一次，，，，，团队一连数周昼夜调试系统，，，，，只为稳固获取一个‘理论上保存、实验上极不稳固’的缺陷振动模信号。。。。。。”申德振回忆道，，，，，最终，，，，，当那条清晰、可重复的谱线第一次泛起时，，，，，各人突然意识到，，，，，这不是一条简朴谱线，，，，，而是一个手艺上的重大前进。。。。。。

项目由长春光机所牵头，，，，，中国科学院微电子研究所、中国科学院物理研究所、南昌大学等相助单位配合完成。。。。。。

“项目的顺遂完成离不开兄弟单位从多个维度的协助。。。。。。”申德振体现，，，，，各人先充分论证各个环节，，，，，再论证整体计划，，，，，各单位通过包管资源协同机制，，，，，实现了手艺标准统一、资源高效整合。。。。。。

作为项目认真人和首席科学家，，，，，申德振在该项目实验历程中始终强调“自主知识产权”。。。。。。

申德振指出：“在半导体缺陷极限精准表征领域推进自主知识产权研发、实现焦点手艺国产化时，，，，，必需认可我们首先是站在了‘巨人’的肩膀上，，，，，使用国际已有的前沿手艺，，，，，以需求牵引为条件，，，，，平衡‘借鉴’与‘独创’。。。。。。”

团队上下均意识到，，，，，只有充分借鉴“已知原理与成熟架构”，，，，，才华进一步独创并锚定“原子级、原位和跨标准”等极限场景与底层机理，，，，，实现知识产权闭环和手艺迭代，，，，，最终形成恒久的“跟跑到并跑再到领跑”的渐进式突破路径。。。。。。

研究职员在装置调试仪器系统。。。。。。受访者供图

知其然知其以是然

项目的顺遂验收，，，，，意味着该仪器乐成实现半导体外貌下点缺陷单原子级区分的拉曼光谱成像与丈量，，，，，有望增进我国半导体点缺陷测试剖析手艺的生长。。。。。。

该仪器系统可以对碳化硅、氮化镓等功率芯片缺陷举行扫描检测，，，，，反响工艺刷新的迭代将有助于焦点芯片的良率提升。。。。。。同时，，，，，该仪器还可以对量子芯片单原子缺陷控制、硅光芯片异质集成界面缺陷等举行检测与溯源。。。。。。通过对固态电池电解质、电极界面缺陷举行精准表征，，，，，以及光伏器件载流子复合中心的精准定位，，，，，该仪器能够从质料底层逻辑层面助力新能源工业生长。。。。。。

“此前的研究在半导体外貌，，，，，对单原子和单键级举行精准剖析，，，，，难以解决半导体内单体缺陷表征的难题。。。。。。”申德振告诉《中国科学报》，，，，，“我们不但优化了前人的手艺，，，，，还通过团结硬件和软件控制光场、对半导体外貌等离子体基元的精准耦合，，，，，乐成实现对半导体内单体缺陷的精准探测。。。。。。”

半导体质料表征具有普适性，，，，，团队研发的手艺还可以拓展到第三代半导体质料与器件单体缺陷表征和控制的研发。。。。。。好比，，，，，该手艺可以实现碳化硅中碳杂质、氮化镓中氮空位等空位复合体等外貌下点缺陷的单键级识别，，，，，区分差别缺陷构型的拉曼指纹。。。。。。“这就可以解决古板表征‘知其然不知其以是然’的瓶颈。。。。。。”申德振说。。。。。。

团队通过原创手艺与标准、专利、装备的协同开发，，，，，有望显著提升我国在该领域的国际话语权。。。。。。

解决理论到工程化瓶颈

在仪器研制中，，，，，“稳固性、可靠性、适用性”被重复提及。。。。。。申德振诠释道，，，，，要实现 “稳固性、可靠性、适用性”，，，，，需从硬件冗余与校准、软件算法闭环、情形与流程控制三方面系统落地。。。。。。

现实上，，，，，“理论可行但工程化遇阻”是常态。。。。。。对此，，，，，团队的解决路径是机理拆解到问题定位，，，，，再到分层优化，，，，，最后举行验证闭环，，，，，通过软硬件协同与迭代测试买通从实验室到产线的转化瓶颈。。。。。。

申德振举了一个例子：“关于半导体内单体点缺陷信号检测手艺，，，，，我们从样品精准制备、高效引发到信号吸收都做到了极致，，，，，实现了通常被以为不可能的表征效果。。。。。。”

现在，，，，，申德振正向导团队依托姑苏实验室的工程化平台，，，，，开展氧化镓高压高功率器件的重大应用研究，，，，，并针对纳米集成电路芯片精准剖析举行研发，，，，，这是一项面向未来重大新兴工业的焦点手艺研发。。。。。。

关于买通“效果转化最月朔公里”，，，，，申德振谈到，，，，，他们的设计蹊径首先是通过姑苏实验室的平台赋能，，，，，解决理论到工程化瓶颈，，，，，然后使用人工智能（AI）举行看法验证，，，，，使用AI驱动缺陷智能识别与高通量检测，，，，，建设看法验证中心加速样机迭代，，，，，同时增强产学研协同，，，，，让更焦点的前沿科学仪器等焦点部件国产化，，，，，逐渐形成科学-手艺-工程的快速生长模式，，，，，一直推动我国战略科技与未来战略性新兴工业手艺前进。。。。。。

“国家重大科研仪器研制项目的申报竞争很是强烈，，，，，但大多偏前端科研，，，，，仪器能落地工业化的很少，，，，，从实验室走向市场的阶段，，，，，依然需要政策和资金的支持。。。。。。”申德振体现，，，，，未来重大科研仪器的研制将围绕AI与仪器深度融合、软硬协同闭环，，，，，实现高通量、原位智能表征、工程化快速转化，，，，，逐一突破工业系统里多项“卡脖子”手艺。。。。。。

《中国科学报》 (2026-01-26 第4版 自然科学基金)

编辑 | 许悦 沈春蕾

排版 | 郭刚