在中国东部的一家集成电路Fab工厂的无尘室里，一台价值800万美元的透射电子显微镜（TEM）正以每秒数百帧的速度捕捉硅晶圆上数十纳米宽的晶体管的原子排列。这种能够观测单个原子位置的技术，如今已成为全球芯片战争中的“战略武器”。

“想象一下在奥运游泳池里找出一粒盐，或者用卫星定位系统来调整手表指针的位置。”储晓磊解释道。在国内，电子显微镜技术近几年经历了从大学实验室到集成电路制造工业领域的快速推广，而在全球领先的科学仪器公司任职的储晓磊正是幕后推动者之一。

2022年，美国国家标准与技术研究院（NIST）发布了题为《半导体制造的战略机遇》的专题报告。报告指出，计量学作为测量科学及其应用的核心，在半导体制造中扮演着至关重要的角色。报告强调，现代芯片制造中高达50%的步骤依赖于计量学以确保质量、良率和性能。随着器件尺寸缩小至原子级别（如50原子宽的纳米器件），电子显微镜越来越成为半导体制程开发与质量控制的关键工具。作为量测技术领域的专家，储晓磊长期专注于透射电子显微镜和聚焦离子束电子显微镜在半导体行业的技术推广，他不仅为集成电路行业从业者提供专业的电镜技术方案，还积极策划了多场技术和应用演示，通过系统的技术培训、行业研讨会及一对一交流帮助芯片制造商、研究机构及实验室深入了解这些尖端设备的应用潜力。

在推广过程中，储晓磊认识到目前集成电路制造行业内基于电镜的量测缺乏可追溯的标准参考。“不同厂商的检测数据很难具有可比性，我们像在用不同方言沟通。”储晓磊认为，“标准应该是测量领域的通用语言”。据悉，储晓磊正在主导制定国内第一项应用于半导体量测的透射电镜行业标准。这项标准将有助于提升制造过程的可追溯性，促进产业协同创新。

传统的电镜分析方法能够覆盖80%的需求，而当前半导体器件创新的快速发展导致量测的复杂性急剧增加，行业普遍面临高级计量方法不足的问题，尤其针对一些新型的三维器件结构，比如全环绕栅极晶体管GAA FET。针对这种挑战，储晓磊主导开发的“全倾转原子分辨电子束断层扫描”技术不仅将TEM的计量能力从二维扩展到了三维，同时保持了0.2nm的超高三维分辨率。

传统量测方法依赖于静态二维样品，然而对于一些具有复杂结构的样品进行量测时，往往容易导致系统性误差。储晓磊在采访中解释了其技术原理：“我们通过引入电子束断层扫描的方法，就好比给显微镜装上了一套CT扫描系统，能够大大提升对三维结构的分析能力。”该成果也发表在了顶尖学术期刊《Advanced Functional Materials》上。

除了“新结构”，半导体行业的创新也面临着“新材料”带来的挑战。近年来我国在宽禁带半导体器件制造领域投入巨大，而以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体基底材料与传统硅基器件有着很大的材料性质差别，导致其相关量测和失效分析缺乏统一方法和标准。针对这个问题，储晓磊参与编写了《碳化硅功率器件：特性、测试与应用》书籍中有关碳化硅器件的测试与失效分析的内容。该部分对碳化硅功率半导体器件的失效分析技术进行了全面而前沿的探讨，重点阐述了先进电子显微镜技术在识别和解决影响器件性能与可靠性的缺陷方面的关键作用。该书已于近日由机械工业出版社出版。对于希望通过先进失效分析方法提升碳化硅器件性能的研究人员与制造商而言，该书将成为重要的参考资源。

过去几十年，半导体制造业逐渐向亚洲转移，而我们的竞争对手在研发和设计方面仍然领先，除了制造能力，计量学的滞后也是关键因素。在这场关乎国家竞争力的技术长跑中，显微技术专家们的工作正从幕后走向台前。正如NIST最新报告所言：“在原子尺度上失去测量优势，就会在产业竞争中失去话语权。”而像储晓磊这样既深耕专业又连接产业的实践者，或许正是这个时代最稀缺的技术领袖。（宋硕）