二维半导体加工实现突破：中国科大团队开发“自刻蚀”技术，构筑原子级平整异质结

据新华社报道，中国科学技术大学张树辰特任教授团队联合美国普渡大学、上海科技大学的研究团队，在新型半导体材料领域取得重要进展。该成果已发表于《自然》期刊。

团队首次在二维离子型软晶格材料中，实现了面内可编程、原子级平整的“马赛克”式异质结可控构筑，为低维光伏材料的集成化与器件化开辟了全新路径。

二维有机-无机杂化钙钛矿材料因其优异的光电性能和溶液加工兼容性，被视为下一代光电器件的理想候选。然而，传统的多晶薄膜存在晶界缺陷、界面粗糙和离子迁移等问题，严重限制了器件性能。二维钙钛矿单晶虽在晶格完整性和界面可控性上更具优势，但如何在其内部实现高质量、图案化的横向异质结，一直是关键挑战。

针对此难题，研究团队提出了一种基于配体辅助异丙醇（IPA）激活晶体内应力的“自刻蚀”图案化策略。首先获得大面积超薄二维钙钛矿单晶，随后在特定配体-IPA溶液体系中，诱导晶体发生可控的面内自刻蚀，形成规则取向的方形孔洞。通过延长醇链（如使用辛醇）降低溶解速率，可使刻蚀过程更加温和可控；结合图案化掩膜技术，还可实现周期性阵列结构的构筑。

高分辨透射电镜与几何相位分析证实，刻蚀后晶体内部应变显著释放并趋于均匀，揭示了内应力在刻蚀过程中的主导作用。该机制为二维钙钛矿的精细图案化提供了新的理论基础。

在此基础上，团队利用反溶剂诱导的快速侧向外延策略，将不同卤素组成的二维钙钛矿精准填充至刻蚀孔洞中，成功构筑出界面清晰、厚度均一的高质量“马赛克”式面内异质结。该方法与传统强溶剂或紫外光图案化相比，具有过程温和、晶格无损伤等显著优势。

这项研究系统揭示了异丙醇-配体协同刻蚀的物理本质，并实现了二维半导体异质结的可控集成，为开发高性能、集成化低维光电器件奠定了重要的材料与工艺基础。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09949-1