从“盖房子(zi)”到“顶(ding)竹笋”：我国科学家首创晶体制备新方法
晶体是(shi)计算(suan)机、通(tong)讯、航空、激光技(ji)术等(deng)领域的关键材料。传统制备大尺(chi)寸晶体的方法，通(tong)常是(shi)在晶体小颗粒表面“自下而上”层层堆(dui)砌(qi)原子(zi)，好像“盖房子(zi)”，从地基逐层“砌(qi)砖”，最(zui)终搭建成“屋”。
北京大学科研团队在国际上首创出一种全新的晶体制备方法，让材料如“顶(ding)着上方结构往(wang)上走”的“顶(ding)竹笋”一般生长，可保证每层晶体结构的快速生长和均一排(pai)布，极大提高了晶体结构的可控性。这种“长材料”的新方法有望(wang)提升芯片的集成度和算(suan)力，为新一代电(dian)子(zi)和光子(zi)集成电(dian)路提供新的材料。这一突破性成果于7月5日在线发表于《科学》杂志。
图为用“晶格(ge)传质-界(jie)面生长”新方法制备晶圆级二维晶体（受访者供图）
北京大学物理学院凝聚态物理与(yu)材料物理研究(jiu)所所长刘开辉教授介绍，传统晶体制备方法的局限(xian)性在于，原子(zi)的种类、排(pai)布方式(shi)等(deng)需严格(ge)筛选才能堆(dui)积结合，形成晶体。随着原子(zi)数目不断增加，原子(zi)排(pai)列逐渐不受控，杂质及(ji)缺陷累积，影响晶体的纯度质量。为此，急需开发新的制备方法，以更精确控制原子(zi)排(pai)列，更精细调控晶体生长过程。
为此，刘开辉及(ji)其合作者原创提出名为“晶格(ge)传质-界(jie)面生长”的晶体制备新范式(shi)：先将原子(zi)在“地基”，即厘米级的金属表面排(pai)布形成第一层晶体，新加入的原子(zi)再进入金属与(yu)第一层晶体间，顶(ding)着上方已形成晶体层生长，不断形成新的晶体层。
视(shi)频为用“晶格(ge)传质-界(jie)面生长”新方法制备二维晶体过程（受访者提供）
实验证明(ming)，这种“长材料”的独特方法可使晶体层架构速度达到每分钟50层，层数最(zui)高达1.5万层，且每层的原子(zi)排(pai)布完全平行、精确可控，有效避免了缺陷积累，提高了结构可控性。利用此新方法，团队现已制备出硫化(hua)钼、硒化(hua)钼、硫化(hua)钨等(deng)7种高质量的二维晶体，这些晶体的单层厚度仅(jin)为0.7纳米，而目前(qian)使用的硅材料多为5到10纳米。
图为基于二维晶体的电(dian)子(zi)和光子(zi)集成电(dian)路（受访者供图）
“将这些二维晶体用作集成电(dian)路中晶体管(guan)的材料时，可显著提高芯片集成度。在指甲(jia)盖大小的芯片上，晶体管(guan)密度可得到大幅提升，从而实现更强(qiang)大的计算(suan)能力。”刘开辉说，此外，这类晶体还可用于红外波段变频控制，有望(wang)推动超(chao)薄光学芯片的应用。
来源：新华社
记者：魏梦佳
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实习：卢文欣