中美科研团队开发出二维钙钛矿制造新方法

突破性半导体制造方法可能重塑二维钙钛矿器件设计。中美联合研究团队开发出自蚀刻加工方法，首次实现对二维钙钛矿材料的精细图案化加工。

突破传统芯片制造极限，中美联合研究团队宣布开发出有望为构建高性能发光与集成电子器件开辟全新路径的半导体制造方法。该方法旨在克服当今主流光刻工艺的关键缺陷——虽然现代半导体生产依赖光刻技术，但面对脆弱的新一代材料时其局限性凸显。

在标准光刻工艺中，激光通过垂直照射表面蚀刻电路图案。然而任何光线侧向散射都可能导致不可控损伤，这对于卤化铅钙钛矿等柔软高敏感材料尤为严重。通过重新构想纳米级结构的形成方式，研究团队致力于实现更精确的图案化，为现有工具难以实现的复杂器件架构铺平道路。

研究人员攻克了软性二维钙钛矿材料的加工极限。据报道，卤化铅钙钛矿在二维晶格结构中展现出卓越的光电性能，长期被视为下一代电子学的突破性材料，但其柔软且化学不稳定的特性导致纳米级精密加工极其困难，限制了其在先进半导体器件中的应用。

这项由中科大（合肥）、上海科技大学与普渡大学合作完成的研究成果已发表于《自然》杂志。新开发的工艺通过在材料内部直接形成可控横向微结构，成功突破了这一障碍。

传统半导体加工方法专为刚性无机材料设计，对脆弱的二维钙钛矿往往过于剧烈。使用光线进行表面图案化的光刻技术及强化学溶剂的应用，极易损伤或降解这些柔软不稳定的材料。

为解决这一难题，国际研究团队引入了更温和的自蚀刻制备方法。研究人员称该技术超越了传统工艺局限，能在避免常规技术损伤的同时实现精密图案化。

先进芯片制造仍严重受制于对复杂昂贵设备的依赖，尤其在微纳尺度加工领域。欧洲某龙头企业半导体器件集成与设计领域的中国专家指出，要实现尖端成果仍需依赖极紫外光刻系统和高度复杂的蚀刻设备。该专家表示，随着制造商向更小更复杂的器件架构推进，对传统工艺的深度依赖已成为结构性瓶颈。

中科大材料科学家、本研究第一作者张树辰在1月16日接受新华社采访时阐述了此项发现的意义：该工作为高性能发光与显示器件创建了全新材料平台和设计路径。

自蚀刻技术利用了钙钛矿晶体生长过程中自然形成的内部应力。该工艺从材料内部而非外部强制切割——类似于利用岩石中隐藏的断层线引导精确可控的裂缝。

通过这种方法，研究团队成功创建了色彩与亮度可精准调控的像素化单元，最终制备出由不同钙钛矿区域组成的单晶晶圆，其状若马赛克镶嵌，每个区域都具有独特发光特性。这种精细调控标志着向更小尺寸、更高效率的光电器件迈出关键一步，涵盖下一代显示器和发光二极管等领域。

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