記者1月21日從中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心獲悉，利用中國(guó)空間站高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，我國(guó)科研人員完成銦硒半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，獲得完整晶體樣品。
半導(dǎo)體材料在集成電路、電力電子、通信等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。銦硒半導(dǎo)體晶體是一種柔性半導(dǎo)體材料，不僅具有傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料優(yōu)異的物理性能，而且可像金屬一樣進(jìn)行塑性變形和機(jī)械加工，為未來(lái)新型電子器件設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供一條新途徑。
然而，在現(xiàn)有條件下，制備出滿足應(yīng)用要求的銦硒半導(dǎo)體晶體仍面臨巨大挑戰(zhàn)。即便科學(xué)家反復(fù)優(yōu)化生長(zhǎng)條件，所得到的銦硒半導(dǎo)體晶體仍含有極高的缺陷密度，這對(duì)半導(dǎo)體器件的性能和材料應(yīng)用造成了嚴(yán)重影響。
“半導(dǎo)體的材料組分、結(jié)構(gòu)和性能與環(huán)境和制備條件密切相關(guān)?？臻g微重力環(huán)境，為銦硒半導(dǎo)體材料制備和相關(guān)機(jī)理研究提供了獨(dú)特條件。”中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽所研究員劉學(xué)超說，2022年10月31日，裝在高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜中的銦硒半導(dǎo)體晶體樣品，隨夢(mèng)天艙進(jìn)入太空，200余天后，包括銦硒半導(dǎo)體晶體在內(nèi)的部分樣品跟隨神舟十五號(hào)航天員返回地球。
同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)在地面實(shí)驗(yàn)室里配備了一套空間站高溫材料實(shí)驗(yàn)柜的“鏡像系統(tǒng)”，即除了重力不同之外，其他條件與空間站完全一致，在其內(nèi)開展銦硒半導(dǎo)體晶體樣品的地面匹配實(shí)驗(yàn)。
“在空間站高溫材料實(shí)驗(yàn)柜中，銦硒半導(dǎo)體晶體歷經(jīng)70小時(shí)，順利完成了生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，獲得了完整的晶體樣品。”劉學(xué)超說，在空間生長(zhǎng)的銦硒半導(dǎo)體晶體的位錯(cuò)密度大幅低于地面，甚至在生長(zhǎng)初期存在近零位錯(cuò)區(qū)域——如果可以攻克銦硒半導(dǎo)體缺陷密度極高的瓶頸，有望將其制成世界上速度最快、能耗最低的晶體管。
此外，研究人員還觀察到，銦硒半導(dǎo)體晶體的晶格參數(shù)變大了。“這說明晶體結(jié)構(gòu)可能發(fā)生了膨脹現(xiàn)象。”劉學(xué)超說，“我們計(jì)劃未來(lái)開展微重力生長(zhǎng)摻雜銦硒半導(dǎo)體晶體及性能研究、附加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)生長(zhǎng)銦硒半導(dǎo)體晶體及性能調(diào)控研究、摻雜銦硒半導(dǎo)體空間/地面晶體質(zhì)量對(duì)比及半導(dǎo)體器件研究。”
記者1月21日從中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心獲悉，利用中國(guó)空間站高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，我國(guó)科研人員完成銦硒半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，獲得完整晶體樣品。
半導(dǎo)體材料在集成電路、電力電子、通信等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。銦硒半導(dǎo)體晶體是一種柔性半導(dǎo)體材料，不僅具有傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料優(yōu)異的物理性能，而且可像金屬一樣進(jìn)行塑性變形和機(jī)械加工，為未來(lái)新型電子器件設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供一條新途徑。
然而，在現(xiàn)有條件下，制備出滿足應(yīng)用要求的銦硒半導(dǎo)體晶體仍面臨巨大挑戰(zhàn)。即便科學(xué)家反復(fù)優(yōu)化生長(zhǎng)條件，所得到的銦硒半導(dǎo)體晶體仍含有極高的缺陷密度，這對(duì)半導(dǎo)體器件的性能和材料應(yīng)用造成了嚴(yán)重影響。
“半導(dǎo)體的材料組分、結(jié)構(gòu)和性能與環(huán)境和制備條件密切相關(guān)?？臻g微重力環(huán)境，為銦硒半導(dǎo)體材料制備和相關(guān)機(jī)理研究提供了獨(dú)特條件。”中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽所研究員劉學(xué)超說，2022年10月31日，裝在高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜中的銦硒半導(dǎo)體晶體樣品，隨夢(mèng)天艙進(jìn)入太空，200余天后，包括銦硒半導(dǎo)體晶體在內(nèi)的部分樣品跟隨神舟十五號(hào)航天員返回地球。
同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)在地面實(shí)驗(yàn)室里配備了一套空間站高溫材料實(shí)驗(yàn)柜的“鏡像系統(tǒng)”，即除了重力不同之外，其他條件與空間站完全一致，在其內(nèi)開展銦硒半導(dǎo)體晶體樣品的地面匹配實(shí)驗(yàn)。
“在空間站高溫材料實(shí)驗(yàn)柜中，銦硒半導(dǎo)體晶體歷經(jīng)70小時(shí)，順利完成了生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，獲得了完整的晶體樣品。”劉學(xué)超說，在空間生長(zhǎng)的銦硒半導(dǎo)體晶體的位錯(cuò)密度大幅低于地面，甚至在生長(zhǎng)初期存在近零位錯(cuò)區(qū)域——如果可以攻克銦硒半導(dǎo)體缺陷密度極高的瓶頸，有望將其制成世界上速度最快、能耗最低的晶體管。
此外，研究人員還觀察到，銦硒半導(dǎo)體晶體的晶格參數(shù)變大了。“這說明晶體結(jié)構(gòu)可能發(fā)生了膨脹現(xiàn)象。”劉學(xué)超說，“我們計(jì)劃未來(lái)開展微重力生長(zhǎng)摻雜銦硒半導(dǎo)體晶體及性能研究、附加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)生長(zhǎng)銦硒半導(dǎo)體晶體及性能調(diào)控研究、摻雜銦硒半導(dǎo)體空間/地面晶體質(zhì)量對(duì)比及半導(dǎo)體器件研究。”
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