从“盖(gai)房子”到(dao)“顶竹笋”：我国科学家首(shou)创晶体制备新方(fang)法
晶体是计算机、通讯、航空、激光技(ji)术等领域的关(guan)键材料。传统制备大尺寸晶体的方(fang)法，通常是在晶体小颗粒表面“自(zi)下而上”层层堆砌原子，好像“盖(gai)房子”，从地基逐层“砌砖”，最终搭建成“屋(wu)”。
北京大学科研团队在国际上首(shou)创出一种全新的晶体制备方(fang)法，让材料如“顶着上方(fang)结构往上走”的“顶竹笋”一般生长，可保证每层晶体结构的快速生长和(he)均一排布，极大提高了晶体结构的可控性。这种“长材料”的新方(fang)法有望提升芯片的集(ji)成度(du)和(he)算力，为新一代电子和(he)光子集(ji)成电路提供新的材料。这一突破性成果于7月5日在线发(fa)表于《科学》杂志。
图为用“晶格传质(zhi)-界面生长”新方(fang)法制备晶圆级(ji)二维晶体（受访者供图）
北京大学物理学院凝聚态物理与材料物理研究所所长刘开辉教(jiao)授介绍(shao)，传统晶体制备方(fang)法的局限(xian)性在于，原子的种类、排布方(fang)式等需严格筛(shai)选才能堆积结合(he)，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(zhi)及缺陷累积，影(ying)响晶体的纯度(du)质(zhi)量。为此，急需开发(fa)新的制备方(fang)法，以更(geng)精确控制原子排列，更(geng)精细调控晶体生长过程。
为此，刘开辉及其合(he)作者原创提出名为“晶格传质(zhi)-界面生长”的晶体制备新范式：先将原子在“地基”，即厘米级(ji)的金(jin)属表面排布形(xing)成第一层晶体，新加入的原子再进入金(jin)属与第一层晶体间，顶着上方(fang)已形(xing)成晶体层生长，不断形(xing)成新的晶体层。
视频(pin)为用“晶格传质(zhi)-界面生长”新方(fang)法制备二维晶体过程（受访者提供）
实验证明，这种“长材料”的独特方(fang)法可使晶体层架(jia)构速度(du)达到(dao)每分钟50层，层数最高达1.5万层，且(qie)每层的原子排布完全平行、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(fang)法，团队现已制备出硫化钼、硒(xi)化钼、硫化钨等7种高质(zhi)量的二维晶体，这些晶体的单层厚度(du)仅为0.7纳米，而目前(qian)使用的硅材料多为5到(dao)10纳米。
图为基于二维晶体的电子和(he)光子集(ji)成电路（受访者供图）
“将这些二维晶体用作集(ji)成电路中(zhong)晶体管的材料时(shi)，可显著提高芯片集(ji)成度(du)。在指甲盖(gai)大小的芯片上，晶体管密(mi)度(du)可得到(dao)大幅(fu)提升，从而实现更(geng)强大的计算能力。”刘开辉说，此外，这类晶体还可用于红外波段变频(pin)控制，有望推动超薄光学芯片的应用。
来源：新华社(she)
记者：魏梦佳
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