张树辰:内应力引导自刻蚀

中国科学技术大学张树辰特任教授带领的团队,联手国内外专家,给离子型材料的精密加工打开了一条新路子。以前在半导体材料和微纳器件制造上,想在一个平面里搞横向异质结构,一直是个大难题。尤其是二维卤化物钙钛矿这种软晶格半导体,因为太柔软又不稳定,传统的光刻、蚀刻这些加工手段一上来就容易搞坏它,根本没法弄出高精度的结构。这下子严重限制了这类材料在新器件里的应用。 这次他们就想出了“内应力引导自刻蚀”的妙招。他们发现这种单晶在长的时候本来就会产生内应力。只要给环境配个温和的配体和溶剂,就能把这些内应力给激活了。然后这些力就会推着晶体在特定位置自己把自己“刻”成一个个方形的小窟窿。接着再用快速生长的方法把不同的半导体材料填进去,最后就在一块芯片上拼出了像马赛克一样平整的异质结构。 这种办法最大的特点就是不用靠外力硬来,而是靠内部自己引导。张树辰教授说,这不是简单地把不同的东西拼在一起,而是在原来完整的晶体里把局部重新弄好了。这样原子尺度上的界面才完美,电性能才能连着。实验结果也很亮眼,做好的异质结晶格匹配得好,光电反应也强,给搞基础研究的提供了个好平台。 这个突破主要有三个方面。第一是在那种软晶格材料里,第一次实现了横向异质结能按设计来做,不再受传统工艺的束缚了。第二是开创了用内应力来编程加工的新路子,为那些柔性材料搞精细结构给出了新法子。第三就是给推动集成化开辟了可行的路径,特别是在微纳发光和高密度光电集成这些领域很有前途。 专家都说这个方法通过温和的溶液处理,利用了材料本身的特性,达到了以前达不到的精度和可控性。这项工作不光解决了工艺问题,更展示了一种材料、工艺和器件一起创新的思路,让咱们国家在这方面保住了国际前沿的位置。从跟着别人走到现在能局部领先,咱们的进步确实在改变全球的科技格局。 这事儿不光是技术上的创新,也体现了咱们科学家从材料源头出发、攻克难题的决心。往后看,只要这种基础研究和工艺创新持续深入下去,肯定能帮咱们在显示、量子信息、集成光电这些产业里实现从技术突破到建成完整系统的跨越,为咱们高水平的科技自立自强添砖加瓦。