科研人员发明晶体“自刻蚀”新工艺

发布时间: 来源：中国科学院

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在半导体领域，平面内横向精准构建是探索新奇物性、研发新型器件及推动器件微型化的关键。

近期，中国科学技术大学科研团队等，在新型半导体材料领域取得重要进展，首次在二维离子型软晶格材料中，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，为未来高性能发光和集成器件的研发开辟了全新路径。

以二维卤化物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。这一特性使得传统光刻加工等技术难以实现高质量的横向异质集成。因此，在离子型软晶格半导体材料中实现高质量、可控外延的横向异质结精密加工，一直是重要的科学难题。面对这一挑战，研究团队独辟蹊径，创新性地提出并发展了引导晶体内应力“自刻蚀”新方法。

团队发现，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。

团队进一步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，引导其进行精密的“自我组装”。这意味着，未来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，为高性能发光与显示器件的发展，提供了全新的备选材料体系和设计思路。

这一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、可设计性构筑，突破了传统工艺的局限。同时，研究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，为探究理想化界面物理提供了新平台，也为低维材料的集成化与器件化开辟了新路径。

相关研究成果发表在《自然》（Nature）上。

论文链接

内应力驱动的二维钙钛矿面内刻蚀与图案化策略

二维钙钛矿面内马赛克异质结结构

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