晶体是计算机、通讯、航空、激光技术等领域的(de)关键材料。传统制(zhi)备大尺寸晶体的(de)方法，通常是在晶体小颗粒表面(mian)“自下而上”层层堆砌原子，好像“盖(gai)房(fang)子”，从地基逐层“砌砖(zhuan)”，最终搭建成“屋”。
北京大学科研团队在国际上首创出一种(zhong)全新的(de)晶体制(zhi)备方法，让材料如“顶着上方结构往(wang)上走”的(de)“顶竹(zhu)笋”一般生长，可保(bao)证每层晶体结构的(de)快速生长和均一排布，极(ji)大提高了晶体结构的(de)可控性。这种(zhong)“长材料”的(de)新方法有望(wang)提升芯片的(de)集成度(du)和算力，为新一代电子和光子集成电路提供新的(de)材料。这一突破性成果于7月5日在线(xian)发表于《科学》杂志。
▲用“晶格传质-界面(mian)生长”新方法制(zhi)备晶圆级二维(wei)晶体
北京大学物理学院凝聚态物理与材料物理研究所所长刘(liu)开辉教(jiao)授介绍，传统晶体制(zhi)备方法的(de)局(ju)限性在于，原子的(de)种(zhong)类、排布方式等需严格筛选才能堆积结合，形(xing)成晶体。随着原子数目不断增加，原子排列逐渐不受控，杂质及缺陷累积，影响晶体的(de)纯度(du)质量。为此，急需开发新的(de)制(zhi)备方法，以更精(jing)确(que)控制(zhi)原子排列，更精(jing)细调控晶体生长过程。
为此，刘(liu)开辉及其合作者原创提出名为“晶格传质-界面(mian)生长”的(de)晶体制(zhi)备新范式：先将原子在“地基”，即厘(li)米(mi)级的(de)金属表面(mian)排布形(xing)成第一层晶体，新加入(ru)的(de)原子再进入(ru)金属与第一层晶体间，顶着上方已形(xing)成晶体层生长，不断形(xing)成新的(de)晶体层。
▲用“晶格传质-界面(mian)生长”新方法制(zhi)备二维(wei)晶体过程
实验证明，这种(zhong)“长材料”的(de)独特(te)方法可使晶体层架构速度(du)达到(dao)每分(fen)钟50层，层数最高达1.5万层，且每层的(de)原子排布完全平行、精(jing)确(que)可控，有效避免了缺陷积累，提高了结构可控性。利用此新方法，团队现已制(zhi)备出硫化钼、硒化钼、硫化钨等7种(zhong)高质量的(de)二维(wei)晶体，这些晶体的(de)单层厚(hou)度(du)仅为0.7纳米(mi)，而目前使用的(de)硅材料多为5到(dao)10纳米(mi)。
▲基于二维(wei)晶体的(de)电子和光子集成电路
“将这些二维(wei)晶体用作集成电路中(zhong)晶体管的(de)材料时，可显著提高芯片集成度(du)。在指甲盖(gai)大小的(de)芯片上，晶体管密度(du)可得到(dao)大幅提升，从而实现更强大的(de)计算能力。”刘(liu)开辉说，此外，这类晶体还可用于红外波(bo)段变频控制(zhi)，有望(wang)推动超薄光学芯片的(de)应用。
【原标题】突破性成果！我国科学家首创
来源| 人(ren)民(min)日报微信(xin)公众号
编辑 | 张青津
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