晶体是计算机、通(tong)讯、航空、激光(guang)技术等(deng)领域的关键(jian)材料(liao)。传统制备大尺寸晶体的方(fang)法，通(tong)常是在晶体小(xiao)颗(ke)粒(li)表面“自下而上”层(ceng)层(ceng)堆(dui)砌原子，好像“盖房子”，从地基逐层(ceng)“砌砖(zhuan)”，最终搭建成(cheng)“屋”。
北京大学科研团队在国(guo)际上首创出一种全(quan)新的晶体制备方(fang)法，让材料(liao)如“顶着(zhe)上方(fang)结构往上走(zou)”的“顶竹(zhu)笋(sun)”一般生长，可保证每层(ceng)晶体结构的快速(su)生长和均一排布，极(ji)大提(ti)高(gao)了晶体结构的可控性。这(zhe)种“长材料(liao)”的新方(fang)法有望提(ti)升(sheng)芯片的集成(cheng)度(du)和算力(li)，为新一代电(dian)子和光(guang)子集成(cheng)电(dian)路(lu)提(ti)供新的材料(liao)。这(zhe)一突破性成(cheng)果于7月5日在线发表于《科学》杂(za)志。
图为用“晶格传质(zhi)-界面生长”新方(fang)法制备晶圆级二维晶体（受访者供图）
北京大学物理(li)学院凝聚态物理(li)与材料(liao)物理(li)研究(jiu)所所长刘开辉教授介绍(shao)，传统晶体制备方(fang)法的局限性在于，原子的种类、排布方(fang)式等(deng)需严格筛选才能堆(dui)积结合，形成(cheng)晶体。随着(zhe)原子数目不断增加，原子排列(lie)逐渐不受控，杂(za)质(zhi)及缺陷累积，影响晶体的纯度(du)质(zhi)量(liang)。为此，急需开发新的制备方(fang)法，以更精(jing)确(que)控制原子排列(lie)，更精(jing)细调控晶体生长过程。
为此，刘开辉及其合作(zuo)者原创提(ti)出名为“晶格传质(zhi)-界面生长”的晶体制备新范(fan)式：先将原子在“地基”，即厘米级的金属表面排布形成(cheng)第一层(ceng)晶体，新加入的原子再进入金属与第一层(ceng)晶体间，顶着(zhe)上方(fang)已形成(cheng)晶体层(ceng)生长，不断形成(cheng)新的晶体层(ceng)。
视频为用“晶格传质(zhi)-界面生长”新方(fang)法制备二维晶体过程（受访者提(ti)供）
实验证明，这(zhe)种“长材料(liao)”的独特方(fang)法可使晶体层(ceng)架构速(su)度(du)达到每分钟50层(ceng)，层(ceng)数最高(gao)达1.5万层(ceng)，且(qie)每层(ceng)的原子排布完全(quan)平行(xing)、精(jing)确(que)可控，有效避免了缺陷积累，提(ti)高(gao)了结构可控性。利用此新方(fang)法，团队现已制备出硫化(hua)钼、硒化(hua)钼、硫化(hua)钨等(deng)7种高(gao)质(zhi)量(liang)的二维晶体，这(zhe)些晶体的单层(ceng)厚度(du)仅为0.7纳米，而目前使用的硅材料(liao)多为5到10纳米。
图为基于二维晶体的电(dian)子和光(guang)子集成(cheng)电(dian)路(lu)（受访者供图）
“将这(zhe)些二维晶体用作(zuo)集成(cheng)电(dian)路(lu)中晶体管的材料(liao)时(shi)，可显著提(ti)高(gao)芯片集成(cheng)度(du)。在指甲盖大小(xiao)的芯片上，晶体管密(mi)度(du)可得到大幅提(ti)升(sheng)，从而实现更强大的计算能力(li)。”刘开辉说，此外，这(zhe)类晶体还可用于红外波(bo)段变频控制，有望推动超薄光(guang)学芯片的应(ying)用。
来源：新华社
监制：潘笑天 审核(he)：彭金美
编(bian)辑：张萌 校对：刘莉