在半導(dǎo)體領(lǐng)域，平面內(nèi)橫向精準構(gòu)建是探索新奇物性、研發(fā)新型器件及推動器件微型化的關(guān)鍵。

　　近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研團隊等，在新型半導(dǎo)體材料領(lǐng)域取得重要進展，首次在二維離子型軟晶格材料中，實現(xiàn)了面內(nèi)可編程、原子級平整的“馬賽克”式異質(zhì)結(jié)可控構(gòu)筑，為未來高性能發(fā)光和集成器件的研發(fā)開辟了全新路徑。

　　以二維鹵化物鈣鈦礦為代表的離子型軟晶格半導(dǎo)體，其晶體結(jié)構(gòu)柔軟且不穩(wěn)定。這一特性使得傳統(tǒng)光刻加工等技術(shù)難以實現(xiàn)高質(zhì)量的橫向異質(zhì)集成。因此，在離子型軟晶格半導(dǎo)體材料中實現(xiàn)高質(zhì)量、可控外延的橫向異質(zhì)結(jié)精密加工，一直是重要的科學(xué)難題。面對這一挑戰(zhàn)，研究團隊獨辟蹊徑，創(chuàng)新性地提出并發(fā)展了引導(dǎo)晶體內(nèi)應(yīng)力“自刻蝕”新方法。

　　團隊發(fā)現(xiàn)，二維鈣鈦礦單晶在生長過程中會自然累積內(nèi)部應(yīng)力。團隊巧妙設(shè)計了一種溫和的配體—溶劑微環(huán)境，能夠選擇性地激活并利用這些內(nèi)應(yīng)力，引導(dǎo)單晶在特定位置發(fā)生可控的“自刻蝕”，從而形成規(guī)則的方形孔洞結(jié)構(gòu)。

　　團隊進一步通過快速外延生長技術(shù)，將不同種類的半導(dǎo)體材料精準回填，最終在單一晶片內(nèi)部構(gòu)筑出晶格連續(xù)、界面原子級平整的高質(zhì)量“馬賽克”異質(zhì)結(jié)。

　　這種全新的加工方法不是通過“拼接“不同材料，而是在同一塊完整晶體中，引導(dǎo)其進行精密的“自我組裝”。這意味著，未來有可能在一塊極薄的材料上，直接“生長”出密集排列的、能發(fā)出不同顏色光的微小像素點，為高性能發(fā)光與顯示器件的發(fā)展，提供了全新的備選材料體系和設(shè)計思路。

　　這一研究首次在二維離子型材料體系中，實現(xiàn)了對橫向異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量、可設(shè)計性構(gòu)筑，突破了傳統(tǒng)工藝的局限。同時，研究展現(xiàn)的駕馭晶體內(nèi)應(yīng)力與動力學(xué)新范式，實現(xiàn)了單晶內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)的可編程演化，為探究理想化界面物理提供了新平臺，也為低維材料的集成化與器件化開辟了新路徑。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》（Nature）上。

內(nèi)應(yīng)力驅(qū)動的二維鈣鈦礦面內(nèi)刻蝕與圖案化策略

二維鈣鈦礦面內(nèi)馬賽克異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)