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中外团队突破新型半导体材料关键技术取得重要进展

时间:2026-01-15 13:10
  新华社合肥1月15日电(记者戴威)记者从中国科学技术大学获悉,中科大张树辰特任教授团队联合美国普渡大学、上海科技大学的研究人员,在新型半导体材料领域取得重要进展——研究团队首次在二维离子型软晶格

记者日前从中国科学技术大学获悉,由该校张树辰特任教授领导的研究团队与美国普渡大学、上海科技大学的科研人员紧密合作,在二维离子型软晶格半导体材料研究中取得重大突破:他们首次在这类材料中,实现了面内可编程、原子级平整的“马赛克”式异质结可控构筑。这一成果为未来高性能发光和集成器件的研发开辟了全新路径。相关研究成果已于1月15日在线发表于国际权威学术期刊《自然》。

在半导体领域,能否在材料平面内横向精确构建异质结构,是探索新奇物性、研发新型器件及推动器件微型化的关键。然而,以二维卤化钙钛矿为代表的离子型软晶格半导体,其晶体结构柔软且不稳定,传统光刻加工等技术往往因反应过于剧烈而破坏材料结构,难以实现高质量的横向异质集成。如何在此类材料中实现高质量、可控外延的横向异质结精密加工,是该领域面临的重要科学难题。

面对这一挑战,研究团队独辟蹊径,创新性地提出并发展了一种“引导晶体内部应力‘自刻蚀’”的新方法。研究人员发现,二维钙钛矿单晶在生长过程中会自然累积内部应力,团队巧妙设计了一种温和的配体-溶剂微环境,能够选择性地激活并利用这些内应力,引导单晶在特定位置发生可控的“自刻蚀”,从而形成规则的方形孔洞结构。随后,通过快速外延生长技术,将不同种类的半导体材料精准回填,最终在单一晶片内部构筑出晶格连续、界面原子级平整的高质量“马赛克”异质结。

“这种全新的加工方法,不是通过‘拼接’不同材料,而是在同一块完整晶体中,引导它自身进行精密的‘自我组装’。”张树辰解释道,“这意味着,未来我们有可能在一块极薄的材料上,直接‘生长’出密集排列的、能发出不同颜色光的微小像素点,为未来的高性能发光与显示器件的研发,提供一种全新的备选材料体系和设计思路。”

研究人员表示,此项研究首次在二维离子型材料体系中,实现了对横向异质结结构的高质量、可设计性架构,突破了传统工艺的局限,其展现的驾驭晶体内应力与动力学新范式,实现了单晶内部功能结构的可编程演化,为研究理想化界面物理提供了全新平台,也为低维材料的集成化与器件化开辟了新的道路。

来源:https://www.163.com/dy/article/KJADTG6405346RC6.html
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