记者1月15日从中国科学技术大学获悉,该校科研团队在低维半导体材料制备领域实现关键技术突破。
由张树辰特任教授牵头,联合美国普渡大学、上海科技大学组成的联合研究团队,在二维离子型软晶格材料中首次实现了"马赛克"式异质结的精密构筑,有效解决了困扰业界多年的材料集成难题。
当前,半导体产业正朝着微型化、集成化方向快速发展。
在材料平面内横向构建高质量异质结构,不仅是探索新型物理特性的重要手段,更是研发下一代微型器件的核心技术路径。
然而,以二维卤化物钙钛矿为代表的新型离子型软晶格半导体材料,虽然具有优异的光电性能,却面临着制备工艺上的严峻挑战。
这类材料的晶体结构极为柔软且稳定性较差,传统的光刻技术、蚀刻工艺等常规加工手段在应用过程中,往往因化学反应过于剧烈而导致材料结构受损,无法实现高质量、可控的横向异质集成。
这一技术瓶颈长期制约着低维光伏材料从实验室走向实际应用的进程。
面对这一世界性难题,研究团队另辟蹊径,创造性地提出了利用晶体内应力进行"自刻蚀"的全新技术路线。
研究人员通过精心设计配体与溶剂构成的温和微环境,成功实现了对材料内部应力的选择性激活与精准调控。
在这种特殊环境的引导下,单晶材料能够在预定位置发生可控的"自刻蚀"反应,形成边界规整的方形孔洞结构,整个过程如同材料自身完成了精密加工。
在此基础上,团队进一步运用快速外延生长技术,将不同类型的半导体材料精确回填至预设的孔洞区域。
这种创新性的制备流程,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。
这种结构不仅保证了材料内部的晶格连续性,更实现了不同功能区域的可编程组合,为功能复杂化的器件设计提供了技术支撑。
业内专家认为,这一成果的突破意义在于开辟了低维光伏材料集成化与器件化的全新技术路径。
相比传统制备方法,"自刻蚀"技术具有反应条件温和、结构可控性强、界面质量高等显著优势,有望推动二维半导体材料在新能源、光电子器件、微型传感器等领域的广泛应用。
从产业化前景来看,该技术为解决当前光伏器件小型化、集成化面临的材料制备难题提供了有效方案。
随着相关工艺的进一步优化和规模化生产技术的成熟,这种新型材料制备方法有望在太阳能电池、光电探测器、微纳电子器件等领域发挥重要作用,为我国在新一代半导体技术领域抢占制高点提供有力支撑。
从“能做出来”到“能稳定、可批量地做出来”，新材料走向产业应用往往取决于关键工艺的突破。
引导内应力实现温和“自刻蚀”，并与外延回填耦合构筑高质量横向异质结，为软晶格半导体加工提供了新的解题思路。
随着相关机制研究与工艺体系不断完善，这一方法有望成为低维光伏与新型光电器件走向集成化、微型化的重要技术支撑。