纳秒级测温、原子级操控：11位专家揭示芯片可靠性核心“密码”
仪器信息网讯 3月28日，2026年中国半导体检测与失效分析研讨会进入专题报告环节。在下午举行的专题报告2中，来自高校、科研院所和产业界的一线专家，围绕半导体检测与失效分析的前沿技术展开深度分享。从氢的原子扩散行为到AI芯片的大规模封装问题，从热电子成像的物理机制到电磁兼容系统的工程设计，这些报告系统呈现了当前半导体可靠性领域“微观机制与宏观系统并重、物理表征与工程验证融合”的发展趋势。仪器信息网对11场报告的核心内容进行整理，以飨读者。
会议现场
报告题目：探索表面指纹特征及其对器件可靠性的影响
报告人：刘紫园 上海集成电路材料研究院 资深技术专家
刘紫园从基础物理层面切入，重点探讨了半导体器件中表界面的关键作用。她指出，界面质量直接影响器件性能，而氢在远程扩散过程中会间接影响界面稳定性与器件寿命。她介绍了以氢为探针、结合离子束分析技术的研究方法，揭示了氮化膜经不同工艺处理后形成的“开关”效应——表面纳米级层能够调控氢的渗透行为，从而影响NBTI寿命和Flash存储器的可靠性表现。她强调，这种调控机制为理解工艺波动对可靠性的影响提供了新视角，也为材料界面优化设计提供了可操作的表征路径。此外，她还展示了团队自研的高灵敏度氢检测平台，期望推动材料表征与器件可靠性之间的跨尺度研究。
报告题目：真空等离子技术在叠层芯片失效分析中的应用
报告人：徐毅 上海旭优仪器有限公司 总经理
徐毅指出，随着先进封装技术向高密度堆叠方向发展，叠层芯片的失效分析面临严峻挑战。芯片厚度仅十几微米，多层堆叠后因热膨胀系数差异产生复杂翘曲，传统机械研磨或激光方法难以实现无损分离。针对此问题，其团队开发了基于微波源的真空等离子体技术，使用纯氧作为刻蚀气体，利用等离子体均匀填充腔室的特点，可选择性去除层间环氧胶，从而完整分离上层芯片，同时避免硅基材与金属互连的损伤。该技术不仅解决了超薄叠层结构中下层芯片难以暴露的问题，也规避了酸腐蚀对活泼金属的侵蚀风险，为先进封装失效分析提供了安全、高效、无损的新方案。
报告题目：基于扫描探针显微镜的微纳器件热电子成像技术
报告人：安正华 复旦大学 教授
随着集成电路进入“热瓶颈”时代，传统热管理手段多集中于封装层级，缺乏对微纳尺度热电子分布的直接观测。安正华团队依托扫描探针显微镜，从热辐射与力学信号两个维度开展研究。在热辐射方面，引入近场光学技术，突破衍射极限，实现纳米级热辐射成像，揭示了沟道电子温度分布与焦耳定律预测之间的显著差异。在力学信号方面，使用双模原子力显微镜分离与热电子相关的短程力信号，建立了与电子温度之间的定量关系。该方法为揭示微纳尺度下电子-晶格非平衡热输运机制提供了关键工具，并已引起台积电等头部企业的关注，有望为下一代器件的热电协同设计提供理论支撑。
报告题目：光谱表征技术在半导体检测和失效分析中的应用
报告人：武艳红 HORIBA集团 应用经理
武艳红系统介绍了HORIBA在半导体产业链中的光谱检测方案，覆盖材料研发、制程监控到失效分析等多个环节。在薄膜表征方面，椭圆偏振光谱仪适用于从几埃到数十微米的厚度及光学常数测量，广泛应用于光刻胶与氧化层工艺监控。拉曼光谱可精准捕捉硅通孔与异质结界面的微区应力分布。光致发光技术在低温条件下可定量检测晶圆中的硼、磷等杂质，而辉光放电光谱可快速获取多层外延结构的元素深度分布。此外，原子力显微镜、粒度仪与X射线荧光等工具在形貌分析、抛光液监控与污染物溯源方面也发挥着关键作用。报告充分体现了光谱技术在无损、高精度检测中的应用潜力。
报告题目：OLED膜层属性缺陷检测技术研究
报告人：黄伟华 季华实验室X研究部
黄伟华聚焦OLED制程中膜厚、边缘形貌、外观缺陷及发光特性的高精度检测需求。在膜厚测量方面，团队基于白光光谱干涉原理构建了多通道并行系统，实现了折射率差异低至0.001的极薄膜层的测量精度优于0.5%。在边缘轮廓检测中，结合线扫白光干涉与线共焦技术，实现纳米级三维成像。针对膜层缺陷识别，引入对抗生成网络扩展样本库，并结合深度学习算法，缺陷识别准确率达97.54%。在发光缺陷方面，利用高光谱成像技术实现对Micro LED晶圆级发光波长与色纯度的快速扫描，波长精度优于±0.5 nm。报告展示了团队在OLED在线检测领域的系统性布局与自主装备研发能力。
报告题目：纳秒/纳米尺度电-热协同测试系统助力芯片可靠性提升
报告人：张睿 浙江大学 教授
随着芯片功率密度不断攀升，热管理已成为提升可靠性的关键。传统测温方法在空间与时间分辨率方面存在局限。张睿团队基于热反射成像原理，开发出具备亚纳秒时间分辨率与亚微米空间分辨率的电-热协同测试系统。该系统通过高精度锁相与高频高压脉冲模块，可在真实工况下捕捉芯片瞬态热场演化，并支持多层堆叠结构的短波红外穿透测温。团队利用该系统揭示了功率器件在不同PWM模式下的差异性发热机制，并基于热分布与退化行为的关联建模，为某电网芯片设计动态波形优化方案，在未更改设计与工艺前提下，寿命提升达50%。该工作为高密度芯片可靠性设计提供了从热表征到寿命预测的完整路径。
报告题目：光通信模块可靠性分析及应用验证技术
报告人：孙浩然 华东师范大学
孙浩然聚焦光模块在航空航天等高可靠性应用场景中的挑战，系统阐述了从失效机理分析到加固验证的技术路径。团队从设计、材料、工艺与环境四个维度分析可靠性影响因素，构建多物理场耦合仿真模型，并通过恒定应力加速试验获取关键退化数据。在此基础上，建立涵盖电学、光学与机械性能的多维测试评价体系，识别出封装界面、芯片互连与光纤耦合等典型失效模式。进一步提出电路防护、光路优化与热管理等多维度加固策略，并完成功能与可靠性验证，为光模块在复杂工况下的长寿命保障提供系统性支持。
报告题目：面向半导体设备的标准VC等级振动环境控制技术
报告人：孙煜 复旦大学 青年研究员
半导体设备常因产线环境中的复杂振动导致性能下降，核心问题在于缺乏对超低振动环境的精准控制。孙煜团队从主动隔振与主动激振两个方向展开研究。在隔振方面，通过分析上海地基振动谱提出谱归纳方法，设计反馈与前馈控制器，实现优于VC-h等级的主动隔振效果。在激振方面，利用电机执行器与自适应前馈控制，可精准复现微振动级VC曲线，误差控制在5%以内。该技术为半导体设备在不同振动环境下的性能评估与适应性设计提供可控测试平台。
报告题目：AI芯片及先进封装领域失效分析的典型应用案例分享
报告人：张芳 赛默飞世尔科技公司 电镜产品专家
张芳指出，随着AI芯片与先进封装尺寸与结构日益复杂，失效分析面临诸多挑战。赛默飞基于双束电镜开发了覆盖定位、制样与分析的全流程解决方案。针对无裂片分析需求，推出兼容8-12寸晶圆的等离子双束电镜及缺陷导航软件，实现无损定位。通过低电压加工与反转制样，将非晶层损伤控制在0.4 nm以下，并实现全自动制样，成功率超过95%。在先进封装大体积分析方面，结合高束流FIB与rocking技术，完成数百微米级截面切割与高分辨率观察，支持三维重构与AI辅助缺陷识别。
报告题目：应用于半导体芯片原位检测的光纤传感技术
报告人：陈娜 上海大学 教授
微纳尺度下热产生与传导的原位检测是芯片可靠性分析的关键难题。陈娜团队基于特种光纤制备工艺，开发多种微纳光纤探针，包括热电偶式、光栅型与量子点荧光探针，并集成于扫描探针显微镜中，实现形貌与温度场的同步高分辨成像，温度分辨率达0.01℃。通过高速光谱解调与时域拉伸技术，将时间分辨率提升至纳秒级，可捕捉单个脉冲下的瞬态温升。进一步构建光纤热反射成像系统，将检测时间从小时级压缩至秒级，并建立微区热导率无损测量方法，为器件热场分析与模型验证提供高精度实验支持。
报告题目：集成电路的电磁兼容设计与测试技术
报告人：李金龙 上海市计量测试技术研究院有限公司 高级工程师
随着汽车电子与高可靠芯片的发展，电磁兼容（EMC）成为芯片可靠性的重要维度。李金龙系统分析芯片级EMC问题的成因，包括内部串扰、同时开关噪声及外部耦合等，并从内核设计、封装选型、去耦布局与软件容错等方面提出优化策略。在测试方面，介绍适用于芯片级的小型化测试装置，如TEM小室、带状线与大电流注入系统，覆盖发射与抗扰度指标，频率可达6 GHz以上。团队还自主研发最高30 kV的静电放电发生器，满足车规芯片对高等级静电防护的需求，为EMC问题的识别与优化提供完整测试支撑。
11场报告，11个技术视角，共同描绘出半导体检测与失效分析领域的最新图景：可靠性问题的根源正被深入至更基础的物理机制，表征手段正向更高时空分辨率、更贴近实际工况的方向演进，而解决方案则呈现出从工艺优化到系统协同的系统性特征。无论是氢扩散的“开关”机制，还是热电子成像的纳米解析，抑或是环境控制与EMC设计，都在指向一个核心趋势——唯有深入理解材料、工艺、物理与系统间的复杂耦合，才能真正破解芯片可靠性这一核心技术挑战。