为了解决这些关键问题，人们提出利用先进的原位表征技术对有机半导体及器件进行研究。该表征技术可以在器件工作和动态变化的情况下，对薄膜生长、电子状态和结构-性能关系进行原位、实时的表征，以获得动态的物理信息。因此，原位表征技术将有助于获取有机半导体中分子结晶生长动力学机制和本征电子特性，为进一步改善分子设计和器件性能提供实验和理论支撑。

近日，南京大学李昀教授课题组全面总结了原位表征技术在有机半导体和器件表征方面的最新进展（图1）。首先，该综述聚焦在各种原位光学和扫描探针显微镜，这类技术可以在复杂的固体/液体环境中，实时观察有机薄膜结晶以及表征有机器件的局部形貌、电子/离子耦合和半导体/电解质界面性质（图2a-c）。然后，该综述进一步介绍了原位光谱技术，包括 X 射线表征技术和紫外光电子能谱，用于原位探测有机器件的晶体结构和电子性质（图2d-f）。上述原位表征技术可以实现从厘米到纳米尺度对有机半导体和器件的结构-性能关系进行动态研究。最后，该综述还讨论了有机半导体材料与器件中原位表征技术面临的挑战和发展前景。因此，本综述将提高人们对原位表征技术在有机半导体和器件中的物理机理的认知和应用研究。

该文章以题为“In-situ/operando characterization techniques fororganic semiconductors and devices”发表在Journal of Semiconductors上。论文的共同第一作者是来自常州大学微电子与控制工程学院的姜赛博士和南京大学电子科学与工程学院的博士研究生戴钦镛，通讯作者是李昀教授和姜赛博士。

图1. 从厘米到纳米尺度分辨率的各种原位表征技术概况。原位表征可用于动态研究原位操作下的有机半导体中结构-性能关系。

图2.（a）原位光学显微镜；（b）原位原子力显微镜；（c）原位扫描绝缘探针显微镜；（d, e）原位略入射X射线衍射表征；（f）原位紫外光电子能谱表征技术。

In-situ/operando characterization techniques for organic semiconductors and devices

Sai Jiang, Qinyong Dai, Jianhang Guo, Yun Li

J. Semicond. 2022, 43(4): 041101  

doi: 10.1088/1674-4926/43/4/041101

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图1. 平行模式的缺陷表征晶圆被切割成碎片单独研究。所使用的示例仅用于演示目的。它们不一定来自同一晶圆。

最近，北卡罗来纳大学夏洛特分校张勇教授和亚利桑那州立大学David Smith教授开发了一种更全面、更有效的缺陷研究方法，即“串联模式”，如图 2 所示。他们在单个缺陷水平上，在不同器件工作状态下，顺序地使用一系列空间分辨的光学、电学和结构表征技术于制成的器件中发现的同一单个缺陷。这种更有效的“串联模式”可以明确回答上述提到关键问题。在这篇综述论文中，以GaAs 太阳能电池为例，通过比较在不同光照密度下几种不同位错缺陷对GaAs 太阳能电池的影响和对应的缺陷结构，作者详细描述了如何实施这种方法和得到的主要结果。此外，作者还介绍了一种在器件工作状态下的3-D 拉曼测温方法，该方法可用于研究缺陷在大功率电子和光电器件中的行为以及器件退化或损坏机制。

该文章以题为“Comprehensive, in operando, and correlative investigation of defects and their impact on device performance”发表在Journal of Semiconductors上。

图2. 缺陷研究的串联模式。所使用的示例仅用于演示目的，它们不一定是从同一设备获得的。

Comprehensive, in operando, and correlative investigation of defects and their impact on device performance

Yong Zhang, David J. Smith

J. Semicond. 2022, 43(4): 041102  

doi: 10.1088/1674-4926/43/4/041102

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近日，华中科技大学武汉光电国家研究中心李露颖教授课题组详细综述了离轴电子全息技术（off-axis electron holography）在半导体材料及器件结构-性能关系定量研究中的重要应用。该工作首先介绍了离轴电子全息技术的发展历程、理论基础及实验装置。接下来该综述根据IV族半导体纳米材料、复合半导体纳米材料（主要包括III-V族和II-VI族）以及二维半导体纳米材料等常见的半导体纳米材料体系划分，分别详述了离轴电子全息技术在上述各体系的实际应用，包括静态及各种原位激励下电场及电荷分布的定量研究。最后，该综述分析了离轴电子全息技术的优势和局限性，并对该技术的未来发展从个人角度进行展望。

该综述文章对于电子全息研究、半导体行业研究人员以及未来希望进入上述领域的学习者均起到了一定的帮助和启示作用。该文章以题为“Study of structure-property relationship of semiconductor nanomaterials by off-axis electron holography”发表在Journal of Semiconductors上。

图2.（a-b）Si衬底上生长Ge量子点的电子全息图像，其对应的相位图显示量子点底部因空穴聚集而出现额外正相位；（c-d）Ge/Si核壳结构纳米线的高角环形暗场像及对应黑色虚线箭头区域的投影厚度分布；（e-f）与上述同一根Ge/Si核壳结构纳米线相位图，对应黑色虚线箭头区域的相位线扫描分布显示Ge核区域因空穴聚集而出现额外正相位。

Study of structure-property relationship of semiconductor nanomaterials by off-axis electron holography

Luying Li, Yongfa Cheng, Zunyu Liu, Shuwen Yan, Li Li, Jianbo Wang, Lei Zhang, Yihua Gao

J. Semicond. 2022, 43(4): 041103  

doi: 10.1088/1674-4926/43/4/041103

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然而，目前报道的光催化剂设计仍存在一些关键难点，如光生载流子的难激发、高复合率、低传输效率和低氧化还原活性，在实际设计中都应该被考虑在内。尽管面对这些痛点，研究人员已经提出了异质结工程、缺陷工程、形貌调控、元素掺杂、助催化剂负载等策略来设计优化高效低成本可规模化的半导体光催化剂，但是这些研究工作大都研究了催化反应前后的材料变化，而缺乏对反应过程中催化剂及其表界面反应中间体变化的研究，导致在催化剂稳定性和催化机理方面的了解仍不清楚。

近日，上海交通大学邬剑波课题组总结了目前报道的采用原位显微成像和原位光谱表征手段揭示光催化反应过程中催化剂材料变化以及催化剂表界面处反应中间体变化的工作，并分别针对显微成像和光谱表征两类重要的原位手段展望半导体光催化领域未来的挑战和机遇，希望能增强先进的半导体光催化剂的设计和原位表征手段间的密切联系以相互促进光催化领域和原位手段的协同发展。

该综述文章以题为 “In-situ monitoring of dynamic behavior of catalyst materials and reaction intermediates in semiconductor catalytic processes” 发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 原位手段监控半导体光催化过程以用于太阳能转换和存储过程中的材料研究和机理揭示。

In-situ monitoring of dynamic behavior of catalyst materials and reaction intermediates in semiconductor catalytic processes

Zhen Fang, Yao Liu, Chengyi Song, Peng Tao, Wen Shang, Tao Deng, Xiaoqin Zeng, Jianbo Wu

J. Semicond. 2022, 43(4): 041104  

doi: 10.1088/1674-4926/43/4/041104

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近日，武汉大学物理科学与技术学院王建波教授、郑赫副教授课题组在Journal of Semiconductors上发表了题为“Structural evolution of low-dimensional metal oxide semiconductors under external stress”的综述文章，文章第一作者为赵培丽博士与李雷博士。文章回顾了关于低维MOS的弹性性能（如杨氏模量等）研究的进展，报道了课题组近期针对低维MOS在非弹性应变下的原位原子尺度结构表征方面的工作：利用透射电子显微技术（1）澄清了CuO纳米线中室温点缺陷（氧空位）的原子尺度迁移机理，揭示了点缺陷可逆迁移诱导的从CuO到CuO_0.67的可逆结构相变机理以及滞弹性行为（图1）；（2）阐明了量子限域ZnO从纤锌矿（WZ）结构到体心四方（BCT）结构再到类石墨（h-MgO）结构的相变机制，进一步探讨了尺寸及应变对其结构稳定性的影响（图2）。这些结果为基于MOS的结构与功能纳米部件的合理优化设计提供实验依据。

图1.（a）CuO纳米线滞弹性变形过程的示意图；（b）CuO_0.67结构的高分辨图像，插图为虚线部分的快速傅里叶变换图；（c）压缩应力释放后，纳米线从CuO_0.67到CuO结构的可逆相变；（d-f）CuO纳米线中氧空位迁移可能的三种路径。

Structural evolution of low-dimensional metal oxide semiconductors under external stress

Peili Zhao, Lei Li, Guoxujia Chen, Xiaoxi Guan, Ying Zhang, Weiwei Meng, Ligong Zhao, Kaixuan Li, Renhui Jiang, Shuangfeng Jia, He Zheng, Jianbo Wang

J. Semicond. 2022, 43(4): 041105  

doi: 10.1088/1674-4926/43/4/041105

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有鉴于此，北京工业大学隋曼龄教授、柯小行副教授团队对近年来卤化物钙钛矿的透射电镜（TEM）表征进展发表了综述。首先针对常规成像条件下电子束与钙钛矿的相互作用进行了讨论，并对可能造成的辐照损伤进行了总结。然后重点讨论低剂量TEM成像的工作进展：利用极低剂量的电子衍射揭示卤化物钙钛矿材料的电子束辐照损伤机理，并提出先进的TEM表征手段（如直接电子探测器、iDPC、冷冻电镜）在原子分辨率成像中的应用，结合卤化物钙钛矿材料与器件发展的关键问题讨论了先进TEM在原子分辨率成像、缺陷识别、界面表征等方面的进展。最后，总结原位透射电镜通过加热、施加偏压、湿度气氛等手段揭示卤化物钙钛矿材料的环境稳定性及降解机理的工作进展。

该综述特别总结了文献中报道的不同钙钛矿材料的成像剂量，并通过数据分析提出了对应的安全成像剂量范围和需要避免的损伤剂量范围（图2），以期为该领域的研究工作提供一定的参考。

虽然卤化物钙钛矿材料对电子束辐照敏感，但近年来的TEM研究不但揭示了该材料的辐照损伤机理，更发展了多种低剂量成像的手段与方法，深入理解卤化物钙钛矿材料的结构-性能关系，并将持续助力卤化物钙钛矿材料与器件的研究。

该文章以题为“Recent progress on advanced transmission electron microscopy characterization for halide perovskite semiconductors”发表在Journal of Semiconductors上。

Recent progress on advanced transmission electron microscopy characterization for halide perovskite semiconductors

Xiaomei Wu, Xiaoxing Ke, Manling Sui

J. Semicond. 2022, 43(4): 041106  

doi: 10.1088/1674-4926/43/4/041106

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