在更小的尺度、更极端的应用条件下去理解并调控材料的“结构-性能”关系，是材料科学家的终极奋斗目标。聚焦离子束显微镜和透射电子显微镜作为微观尺度样品加工和表征测试的主要手段，结合晶体取向定量测试技术(EBSD/TKD/PED)，以硅太阳能电池和半导体材料为研究载体，系统介绍跨尺度、多场景协同的极端材料微观表征方法及其应用。跨尺度表征包括厘米-毫米-微米-纳米级原位实时力学性能测试与变形行为研究，对应的技术方案是：力学试验机+DIC应变测试（厘米）-SEM原位力学台+DIC（毫米）-SEM纳米压痕仪微柱压缩（微米）-TEM原位力学样品杆（纳米）；跨尺度晶体取向定量测试：100 mm-1 mm尺度（EBSD大面积拼接）、1 mm- 200 nm尺度（EBSD常规测试）、200 nm-50 nm尺度 （TKD测试）、50 nm-5 nm尺度（PED测试）、5 nm-1 nm (NBD，球差电镜)。本报告还将介绍多种仪器设备及附件功能联合使用多场耦合完成极端条件下的材料表征与检测方法，及其在半导体器件和产品中的应用。基于基础研究与工程应用案例，进而阐述一种新的材料研发思路：基于先进表征技术驱动的新材料研发与产品“微”创新。