科研人員發明晶體“自刻蝕”新工藝

在半導體領域，平面內橫向精準構建是探索新奇物性、研發新型器件及推動器件微型化的關鍵。

近期，中國科學技術大學科研團隊等，在新型半導體材料領域取得重要進展，首次在二維離子型軟晶格材料中，實現了面內可編程、原子級平整的“馬賽克”式異質結可控構筑，為未來高性能發光和集成器件的研發開辟了全新路徑。

以二維鹵化物鈣鈦礦為代表的離子型軟晶格半導體，其晶體結構柔軟且不穩定。這一特性使得傳統光刻加工等技術難以實現高質量的橫向異質集成。因此，在離子型軟晶格半導體材料中實現高質量、可控外延的橫向異質結精密加工，一直是重要的科學難題。面對這一挑戰，研究團隊獨辟蹊徑，創新性地提出并發展了引導晶體內應力“自刻蝕”新方法。

團隊發現，二維鈣鈦礦單晶在生長過程中會自然累積內部應力。團隊巧妙設計了一種溫和的配體—溶劑微環境，能夠選擇性地激活并利用這些內應力，引導單晶在特定位置發生可控的“自刻蝕”，從而形成規則的方形孔洞結構。

團隊進一步通過快速外延生長技術，將不同種類的半導體材料精準回填，最終在單一晶片內部構筑出晶格連續、界面原子級平整的高質量“馬賽克”異質結。

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、能發出不同顏色光的微小像素點，為高性能發光與顯示器件的發展，提供了全新的備選材料體系和設計思路。

這一研究首次在二維離子型材料體系中，實現了對橫向異質結結構的高質量、可設計性構筑，突破了傳統工藝的局限。同時，研究展現的駕馭晶體內應力與動力學新范式，實現了單晶內部功能結構的可編程演化，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。

相關研究成果發表在《自然》（Nature）上。