研修班第二日：直面半導體產業短板，聚焦關鍵技術與前沿探索

　　2026年7月20-24日，作為人力資源和社會保障部專業技術人才知識更新工程2026年高級研修項目之一的“半導體材料與器件超精密分析技術”高級研修班在上海正式開班。本次高級研修班由中國科學院人才與人事局專項資助、中國科學院上海硅酸鹽研究所承辦。

　　7月22日，研修班進入第二天。中國科學院上海硅酸鹽研究所章健研究員、南開大學羅鋒教授、南京師范大學古志遠教授、中國科學院上海有機化學研究所王昊陽教授級高級工程師先后登臺授課，分別圍繞半導體裝備用關鍵陶瓷材料、極紫外光刻與X射線計量技術、金屬有機框架材料在電子化學品分析中的應用以及有機半導體材料未知成分的質譜分析與表征等主題展開深入講解。報告內容緊扣產業實際需求與技術前沿，既有對現狀的深刻剖析，也有對未來技術路線的前瞻思考，引發學員熱烈討論。

中國科學院上海硅酸鹽研究所 章健研究員

　　中國科學院上海硅酸鹽研究所章健研究員帶來題為“半導體裝備用關鍵陶瓷材料現狀和粗淺的思考”的報告。他指出全球半導體裝備市場高度集中，ASML、應用材料、科磊等國際巨頭占據主導，國內裝備產業雖發展迅速，但在關鍵陶瓷材料領域國產化率仍然很低，整體差距明顯。

　　章健研究員詳細介紹了刻蝕機、PVD、CVD、ALD等核心裝備中氧化鋁、氧化釔、氮化鋁、碳化硅等陶瓷部件的應用場景。這些部件直接暴露于氟化物、氯化物、溴化物等強腐蝕性等離子體環境中，對純度、致密度、耐腐蝕性、熱膨脹匹配等性能要求極高。他特別指出，半導體領域材料的驗證邏輯與傳統工業有本質區別——客戶關注的是換上該材料后機臺的顆粒控制能力、膜厚均勻性、沉積速率等工藝性能，而非材料本身的密度、強度等理化指標，這使得材料從研發到應用周期極長、門檻極高。

　　章健研究員還分享了對產業發展的深層思考。國內半導體陶瓷領域普遍以仿制為主，真正的原始創新極為稀缺。日本京瓷、特殊陶業等企業與裝備客戶的合作關系往往長達十幾年，對材料在機臺中的實際使用條件和失效機理有深刻理解，這是國內材料企業短期內難以逾越的差距。他特別強調，清洗和包裝是部件應用的“最后防線”，但國內在這方面的研究和投入嚴重不足。

南開大學 羅鋒教授

　　南開大學羅鋒教授的報告題目為“面向3D-IC先進制程與計量的X射線工具：極紫外EUV光刻與3D器件X射線計量技術”。羅鋒教授從后摩爾時代的技術路線切入，指出半導體技術正從三個方向推進：延續摩爾定律的極紫外光刻、擴展摩爾定律的3D封裝集成，以及超越摩爾定律的新材料新器件探索。

　　在極紫外光刻方面，羅鋒教授梳理了EUV光刻技術的演進脈絡。從當前主流的0.33數值孔徑EUV，到英特爾、臺積電已開始導入的0.55高數值孔徑EUV（對應約8納米線寬），再到學術界正在探索的下一代的0.75超高數值孔徑方案，每一次進步都伴隨著光源、光學系統、光刻膠和掩膜板四大核心技術的同步突破。他重點指出，光源是當前最大的瓶頸——商用EUV光源光電轉換效率僅約3%，絕大部分能量以熱量形式耗散，緊湊型自由電子激光、稀土固態激光器等新型光源方案正在全球加速研發。

　　在3D器件X射線計量方面，羅鋒教授介紹了X射線在TSV通孔、混合鍵合等三維結構無損檢測中的獨特優勢。與傳統光學和超聲方法相比，X射線穿透深度大、無需破壞樣品。他分析了蔡司、歐姆龍等不同技術路線的特點，并指出液態金屬靶X射線源的出現使實驗室級高分辨X射線成像成為可能，降低了同步輻射裝置的使用門檻。

南京師范大學 古志遠教授

　　南京師范大學古志遠教授帶來題為“金屬有機框架材料（MOF）高效色譜分離介質——電子化學品雜質分析初探”的報告。MOF是由金屬離子與有機配體通過配位鍵自組裝形成的晶態多孔材料，具有比表面積大、孔道結構精準可調等優勢。

　　古志遠教授團隊針對早期填充柱分離效率低的問題，率先發展了MOF毛細管色譜柱技術，通過將納米級MOF顆粒均勻涂覆于毛細管內壁，將色譜分離效率提升了一個數量級。在此基礎上，團隊進一步從色譜動力學理論出發，通過調控MOF孔道結構增大擴散系數，將二甲苯異構體的分離時間從4分鐘縮短至1.5分鐘，且實現了四個異構體的完全分離。

　　在制備二維MOF納米片色譜柱時，團隊偶然發現，未經烘干的材料幾乎無分離效果，而經過烘干處理的材料卻表現優異。通過球差校正透射電鏡觀察，未烘干樣品中納米片層之間存在不同角度的旋轉，導致孔道構型混亂；而烘干處理后層間形成完全對齊的堆疊結構，孔道規整一致。這一發現揭示了色譜分離性能與MOF納米片層間堆疊方式的內在關聯，相關成果發表于2019年。該團隊正在將MOF色譜分離技術拓展至ppb級異構體雜質的定量檢測，并在電子化學品生產企業開展合作驗證。

中國科學院上海有機化學研究所 王昊陽教授級高級工程師

　　中國科學院上海有機化學研究所王昊陽教授級高級工程師帶來題為“有機半導體材料中未知成分的質譜分析與表征”的報告。隨著半導體器件不斷縮小，1%的良率波動都可能帶來數千萬美元損失，雜質控制至關重要。質譜技術作為“微觀表征+失效溯源”的核心工具，在有機半導體材料分析中發揮著不可替代的作用。

　　在光刻膠分析方面，王昊陽教授引用了Spampinato等2022年發表于《Analytical Chemistry》的研究，講解了二次離子質譜（SIMS）在光刻反應機理研究中的應用。該技術通過聚焦離子束轟擊樣品表面，可獲得光刻膠成分的三維分布信息，結合不同光暴露量，系統研究光刻反應過程。光刻膠由聚合物樹脂、光致產酸劑和淬滅劑三部分組成，三者協同決定光刻的分辨率和靈敏度。光照下，產酸劑產生酸，淬滅劑將酸限制在曝光區域內避免擴散，從而精確控制尺寸。隨著光照強度增加，活性離子逐漸被消耗，質譜可清晰追蹤這一過程。針對二芳基碘鎓鹽類產酸劑，團隊系統合成了兩百多個化合物，發現含甲氧基取代基的化合物會發生轉氧反應，生成具有較高光活性的中間體，是一類有應用潛力的產酸劑。

　　在聚合物分析方面，王昊陽教授重點介紹了熱裂解-氣相色譜-質譜聯用技術（Py-GC-MS）。對于不溶不熔的交聯聚合物，常規方法難以適用，熱裂解可在高溫下將大分子鏈斷裂為可揮發的小分子碎片，通過質譜鑒定反推結構。他還表示，質譜分析中峰與峰之間的間距同樣包含豐富的結構信息，含硼化合物的同位素峰簇特征與常規碳氫化合物截然不同，這些細節是準確定性識別的關鍵。

　　研修班第二天的報告內容涵蓋裝備材料、光刻技術、分離介質到質譜表征，從產業現狀、技術瓶頸到前沿探索，立體呈現了半導體制造關鍵環節中的超精密分析技術。授課專家既有對產業現狀的深入分析，也有對前沿技術路徑的探討，學員們積極互動，現場討論氛圍熱烈。