近日,從中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心獲悉,利用中國空間站高溫材料科學(xué)實驗柜,我國科研人員完成銦硒半導(dǎo)體晶體生長實驗,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行塑性變形和機械加工,為未來新型電子器件設(shè)計及應(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,這對半導(dǎo)體器件的性能和材料應(yīng)用造成了嚴重影響。
“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)機理研究提供了獨特條件?!敝袊茖W(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)實驗柜中的銦硒半導(dǎo)體晶體樣品,隨夢天艙進入太空,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航天員返回地球。
同時,研究團隊在地面實驗室里配備了一套空間站高溫材料實驗柜的“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驗。
“在空間站高溫材料實驗柜中,銦硒半導(dǎo)體晶體歷經(jīng)70小時,順利完成了生長實驗,獲得了完整的晶體樣品?!眲W(xué)超說,在空間生長的銦硒半導(dǎo)體晶體的位錯密度大幅低于地面,甚至在生長初期存在近零位錯區(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?!斑@說明晶體結(jié)構(gòu)可能發(fā)生了膨脹現(xiàn)象?!眲W(xué)超說,“我們計劃未來開展微重力生長摻雜銦硒半導(dǎo)體晶體及性能研究、附加旋轉(zhuǎn)磁場生長銦硒半導(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)量對比及半導(dǎo)體器件研究?!?/p>