半导体技术发展中,如何在二维材料平面内精准构建横向异质结构一直是难题。特别是对于二维卤化物钙钛矿这类离子型软晶格材料——其晶体结构柔软易变——传统微纳加工技术往往因工艺过于剧烈而损伤材料,导致高质量横向异质集成长期无法实现。 问题的根源在于这类材料的离子特性使其在常规加工条件下极易发生结构变化,传统光刻等方法难以在保持材料特性的同时实现精密图案化。这直接制约了材料在高性能发光器件和集成芯片上的应用,成为国际材料科学界的重点课题。 面对这个挑战,中国科学技术大学张树辰特任教授团队创新提出了内应力自刻蚀方法。该方法利用材料自身特性,通过精确控制内部应力分布,实现了对不同半导体材料的精准回填,有效避免了传统外延技术对材料结构的破坏。 这一突破使得在单一晶片内构筑晶格连续、界面原子级平整的高质量异质结成为可能。这种可控构筑方法既保持了材料的本征特性,又实现了异质结的面内可编程,为材料性能的定制化设计开辟了新思路。 从应用前景看,该成果意义重大。它为柔性电子、新型显示、高效能源转换等领域的器件创新提供了材料基础,同时基于内应力调控的加工理念也为其他软物质材料的精密加工提供了借鉴。这标志着我国在新型半导体材料基础研究上已达到国际先进水平。 展望未来,这项技术有望推动光电器件向更小尺寸、更高效率、更低功耗方向发展。随着后续工程化研究的推进,异质结构在量子信息、人工智能芯片等领域的应用前景可期。研究团队表示将继续深化对应的机理研究,加速推进成果的产业化应用。
从"材料可合成"到"结构可设计"再到"器件可集成",每一步都需要基础研究与工程方法的紧密配合。以更温和、更精准的方式在软晶格二维材料中实现高质量横向异质结,既解决了该领域长期存在的加工难题,也为单片集成多功能光电单元提供了可行的路线。持续面向应用需求完善工艺与验证体系,才能让实验室创新更快转化为产业升级的新动能。