20世紀70年代初，經受過“文化大革命”批判的鄒世昌回到了研究工作崗位，此時他的研究領域已轉到研究離子束與固體材料的相互作用及其在半導體材料與器件方面的應用。當時“文化大革命”還在繼續，能用的設備是國內制造的第壹臺20萬電子伏特能量離子註入機，性能很不穩定。鄒世昌先參加了CMOS集成電路（電子手表分頻器）閾值電壓控制的後期部分工作，這是在中國首次將離子註入應用於半導體集成電路。1974 年與上海原子核研究所合作在該離子註入機上配置束流準直器及精密定角器，建立了背散射能譜測量及溝道效應分析系統，應用於離子註入半導體的表面層組分濃度分布的測定、晶格損傷的分析以及摻雜原子晶格定位，於1975年完成了氖離子背面註入損傷吸收矽中重雜質以改善p-n結反向漏電特性的研究工作。同年9月，鄒世昌在西德卡爾斯魯厄“離子束表面分析”國際學術會議上發表了這篇論文，引起國際同行好評。令他們十分驚訝的是國際上壹般都要用百萬以上電子伏特能量加速器及精密儀器進行的實驗，中國竟在自制的設備上完成了。這是中國第壹篇在國際學術界發表的利用離子背散射能譜分析開展半導體研究的論文。1978年又與上海光機所合作在國內率先開展了半導體激光退火的研究工作。在建立了上述技術的基礎上，鄒世昌領導的離子束實驗室對離子束與固體材料的相互作用進行了系統的研究並應用於材料的改性、合成、加工、分析，陸續完成了以下壹些研究工作。（1）半導體離子註入：研究了離子註入矽的損傷及其退火行為，獨創性地提出了用二氧化碳激光從背面照射對離子註入半導體進行退火及合金化的新方法，這項工作獲中國科學院1982年重大科技成果二等獎。研究了用雙離子註入的辦法在磷化銦中得到了最高的載流子濃度及摻雜電激活率，並用全離子註入技術率先研制出國內第壹塊120門砷化鎵門陣列電路和高速分頻器，獲中國科學院1990年科技進步獎壹等獎。
（2）SOI技術：對SOI技術進行了系統的研究，用離子註入和激光再結晶方法合成了SOI新材料。解決了激光再結晶SOI 材料適於制作電路的表面質量問題，獲得壹項發明專利。在深入分析SOI材料光學效應的基礎上，提出了壹套非破壞性的表征技術，進而研制成功新型的CMOS/SOI電路。該項目獲中國科學院1990年自然科學獎二等獎。近年來SOI材料已進入實用並將成為21世紀矽集成電路的基礎技術，說明鄒世昌對這壹新研究領域的高瞻遠矚。
（3）離子束微細加工：研究了低能離子束轟擊材料表面引起的濺射、損傷和貌相變化等物理現象，並用反應離子束微細加工在石英基片上刻蝕出中國第壹批實用閃耀全息光柵，閃耀角可控，工藝重復穩定，衍射效率大為提高，這是光柵制造技術的重大突破，獲中國科學院1987年科技進步二等獎與1989年國家科技進步獎三等獎。
（4）離子束增強沈積：負責國家“863高技術材料領域材料表面優化”專題，建立並掌握了可控、可預置和可重復的離子束增強沈積技術，合成了與基體有很強粘附力，低摩擦系數和高耐磨性的氮化矽、氮化鈦薄膜。
由於這些成績，鄒世昌被選為國際離子束領域兩個主要學術會議（離子註入技術——IIT和離子束材料改性——IBMM）的國際委員會委員。1989年被評為上海市勞動模範。