中国科大提出晶体内应力“自刻蚀”新工艺 打通二维软晶格材料面内异质集成路径

记者从中国科学技术大学获悉,该校张树辰特任教授团队联合国内外科研力量,在二维半导体材料精密制备领域实现重要技术突破。

北京时间1月15日,这一创新成果在国际顶级学术期刊《自然》发表,标志着我国在新型半导体材料制备技术方面取得原创性进展。

长期以来,半导体材料的横向异质结构精密构建一直是制约器件性能提升和微型化发展的关键技术难题。

特别是在二维卤化物钙钛矿等离子型软晶格半导体材料中,由于其晶体结构柔软且稳定性较差,传统光刻等加工技术往往因反应过于激烈而损坏材料本身结构,难以实现高质量的横向异质集成。

这一技术瓶颈严重制约了相关材料在高性能发光器件和集成电路中的应用前景。

面对这一世界性难题,中科大研究团队另辟蹊径,深入研究二维钙钛矿单晶生长机理,发现其在生长过程中会自然积累内部应力这一关键现象。

基于这一发现,团队创新性地提出"自刻蚀"技术路线,通过精心设计温和的配体-溶剂微环境,选择性激活并巧妙利用晶体内部应力,引导单晶在预定位置发生可控刻蚀,形成规则的方形孔洞结构。

该技术的核心创新在于改变了传统"外力加工"的思路,转而利用材料自身的内在特性实现精密制备。

研究团队通过快速外延生长技术,将不同类型的半导体材料精确回填至刻蚀形成的孔洞中,最终在单一晶片内部构建出晶格连续、界面达到原子级平整度的高质量"马赛克"异质结构。

张树辰教授表示,这种全新加工方法的突破性意义在于实现了材料的"自我组装",而非传统的"拼接"不同材料。

这意味着未来有望在极薄的材料基底上直接生长出能够发射不同颜色光线的微小像素点阵列,为高性能发光显示器件的发展提供全新的材料体系和设计理念。

该项研究成果在多个层面具有重要意义。

从科学研究角度看,首次在二维离子型材料体系中实现了横向异质结构的高质量可设计性构建,为研究理想化界面物理现象提供了全新实验平台。

从技术应用角度看,突破了传统工艺局限,展现了驾驭晶体内应力与生长动力学的新范式,为低维材料的集成化和器件化开辟了新的技术路径。

国际同行专家对这一研究给予高度评价,认为该工作通过基于溶液的创新技术,巧妙利用了二维钙钛矿软离子晶格的独特性质,为相关领域发展作出了重要贡献。

这一评价充分体现了该成果在国际学术界的重要地位和影响力。

从产业发展前景看,该技术有望在新一代显示器件、光电集成器件、量子器件等领域发挥重要作用。

随着技术的进一步完善和产业化推进,将为我国在半导体材料和器件制造领域构建新的竞争优势提供有力支撑。

这项源自中国实验室的原始创新,不仅展现了我国在基础研究领域的深厚积累,更彰显了科研人员"从0到1"的突破能力。

在全球半导体产业竞争日趋激烈的背景下,此类关键核心技术的突破,将为我国在新材料领域赢得更多话语权,也为破解"卡脖子"难题提供了新的技术路径选择。