中国科大攻克二维软晶格半导体横向异质集成难题,为高性能发光器件开辟新路径

记者从中国科学技术大学获悉,该校张树辰特任教授团队与国内外研究机构合作,在新型半导体材料领域取得重要突破。

研究成果近日在线发表于国际权威学术期刊《自然》,标志着我国在半导体材料基础研究领域的创新能力不断提升。

在半导体产业发展中,如何在材料平面内实现精准的横向异质结构构筑,一直是制约器件性能提升和微型化发展的关键瓶颈。

异质结构是指将两种或多种不同的半导体材料按照特定方式组合,通过界面处的物理效应产生新的功能特性。

这种结构设计对于开发新型光电器件、提高集成度具有重要意义。

以二维卤化物钙钛矿为代表的离子型软晶格半导体材料,因其独特的光电性能在近年来备受关注。

然而,这类材料的晶体结构本身具有柔软性和不稳定性的特点,对外界刺激极为敏感。

传统的光刻加工、刻蚀等微加工技术往往反应过于剧烈,容易对材料的晶体结构造成破坏,导致难以获得高质量的横向异质结构。

这一矛盾成为制约该领域发展的主要难题。

面对这一科学难题,中国科大研究团队采取了创新性的技术方案。

团队提出并发展了一种利用晶体内应力"自刻蚀"的新方法,通过精妙地控制材料内部的应力分布,实现对不同种类半导体材料的精准回填和组装。

这种方法避免了传统加工工艺对材料的破坏,使得研究人员能够在单一晶片内部构筑出晶格连续、界面处原子排列高度平整的高质量"马赛克"异质结构。

该研究成果的意义在于多个方面。

首先,它突破了离子型软晶格材料在横向异质集成中的技术瓶颈,为这类材料的应用拓展了新的可能性。

其次,原子级平整的界面质量对于器件的光学和电学性能至关重要,这一成就为后续的器件设计和性能优化奠定了坚实基础。

再次,该技术方法具有通用性,有望推广应用于其他类型的二维材料和软晶格材料体系。

从产业应用前景看,这一突破为高性能发光二极管、激光器、太阳能电池等新型光电器件的研发开辟了新的技术路径。

随着器件集成度的提高和性能的改善,相关产品有望在显示、照明、能源等领域实现更广泛的应用。

同时,这项研究也体现了我国在半导体基础研究领域的自主创新能力,为产业升级提供了科学支撑。

从跟跑到领跑,中国科学家在半导体材料领域的这一突破,不仅展现了基础研究的原始创新能力,更标志着我国在新材料研发方面已跻身世界前列。

未来,随着该技术的进一步优化和产业化应用,或将为全球半导体行业带来革命性变革,也为我国实现高水平科技自立自强注入新动能。