我國科學家在空間站完成銦硒半導體晶體生長實驗

記者21日從中國科學院空間應用工程與技術中心獲悉，利用中國空間站高溫材料科學實驗柜，我國科研人員完成銦硒半導體晶體生長實驗，獲得完整晶體樣品。

半導體材料在集成電路、電力電子、通信等領域發揮著不可替代的作用。銦硒半導體晶體是一種柔性半導體材料，不僅具有傳統半導體材料優異的物理性能，而且可像金屬一樣進行塑性變形和機械加工，為未來新型電子器件設計及應用提供一條新途徑。

然而，在現有條件下，制備出滿足應用要求的銦硒半導體晶體仍面臨巨大挑戰。即便科學家反復優化生長條件，所得到的銦硒半導體晶體仍含有極高的缺陷密度，這對半導體器件的性能和材料應用造成了嚴重影響。

“半導體的材料組分、結構和性能與環境和制備條件密切相關。空間微重力環境，為銦硒半導體材料制備和相關機理研究提供了獨特條件。”中國科學院上海硅酸鹽所研究員劉學超說，2022年10月31日，裝在高溫材料科學實驗柜中的銦硒半導體晶體樣品，隨夢天艙進入太空，200余天后，包括銦硒半導體晶體在內的部分樣品跟隨神舟十五號航天員返回地球。

同時，研究團隊在地面實驗室里配備了一套空間站高溫材料實驗柜的“鏡像系統”，即除了重力不同之外，其他條件與空間站完全一致，在其內開展銦硒半導體晶體樣品的地面匹配實驗。

“在空間站高溫材料實驗柜中，銦硒半導體晶體歷經70小時，順利完成了生長實驗，獲得了完整的晶體樣品。”劉學超說，在空間生長的銦硒半導體晶體的位錯密度大幅低于地面，甚至在生長初期存在近零位錯區域——如果可以攻克銦硒半導體缺陷密度極高的瓶頸，有望將其制成世界上速度最快、能耗最低的晶體管。

此外，研究人員還觀察到，銦硒半導體晶體的晶格參數變大了。“這說明晶體結構可能發生了膨脹現象。”劉學超說，“我們計劃未來開展微重力生長摻雜銦硒半導體晶體及性能研究、附加旋轉磁場生長銦硒半導體晶體及性能調控研究、摻雜銦硒半導體空間/地面晶體質量對比及半導體器件研究。”

（原標題：我科學家在空間站完成銦硒半導體晶體生長實驗）