北大科研团队创新研发"顶蘑菇"式晶体制备法，单层厚度仅0.7纳米

[瞻观前沿]
晶体是科技发展的基石，也是现代计算机、通信、航空、激光技术等领域不可或缺的关键材料。传统制备大尺寸晶体的方法，通常是在晶体小颗粒表面“自下而上”层层堆砌原子，好像“盖房子”，从地基逐层“砌砖”，最终搭建成“屋”。然而，这种自下而上的表面堆砌原子生长方式存在一定局限性，不仅限制了晶体种类多样性，也会随着原子数目不断增加，缺陷逐渐累积，进而限制了晶体质量。
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，并自主命名为“晶格传质-界面生长”，这是一种从界面生长，顶着上方结构往上走的“顶蘑菇”式的生长方式，可保证每层晶体结构的快速生长和均一排布，有效避免缺陷的积累，极大提高了晶体结构可控性。这种“长材料”的新方法有望提升芯片的集成度和算力，为新一代电子和光子集成电路提供新的材料。相关研究成果以《多层菱方相过渡金属硫族化合物单晶的界面外延》为题日前在《科学》杂志在线发表。
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介绍，这是一种颠覆传统晶体生长方式的晶体制备新范式：先将原子在“地基”，即厘米级的金属表面排布形成第一层晶体，新加入的原子再进入金属与第一层晶体间，顶着已形成上方晶体层生长，不断形成新的晶体层。这和自然界中很多植物的生长方式类似，就像“顶蘑菇”。
实验证明，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，层数最高达1.5万层，且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。利用此新方法，团队现已制备出硫化钼、硒化钼、硫化钨等7种高质量的二维晶体，这些晶体的单层厚度仅为0.7纳米，而目前使用的硅材料多为5到10纳米。
此外，本文还讨论了半导体产业链的重要性，特别是我国科研团队首创出的全新晶体制备方法在全球半导体产业链中的地位。文章还分析了全球半导体行业的发展趋势和市场规模，以及各大企业在半导体领域的竞争情况。