永利官网304am永利集团官方、量子态构筑与测控教育部重点实验室刘灿副教授与中国科学院半导体研究所翟慎强研究员、魏钟鸣研究员、刘峰奇研究员，北京大学刘开辉教授等团队合作，提出二维界面范德华外延半导体量子点（QD）新策略，突破了传统量子点晶格匹配外延限制，实现了多类III–V族、IV–VI族本征量子点的通用制备。2024年6月4日，相关成果以“Epitaxial growth of quantum dots on van der Waals surfaces”为题，在线发表于《自然·合成》（Nature Synthesis）。

半导体量子点因其分立能级及可调电子能带结构、强的光子-电子相互作用等特性，有望在非线性光学、半导体激光器、光电探测、量子计算等领域发挥重要作用，被认为是构筑新一代量子信息器件的重要材料。具备精准化学成分配比、本征形貌结构及优良界面的半导体量子点制备是稳定实现其各项功能的关键。然而，传统生长模式外延量子点通常对衬底-量子点晶格匹配要求严格（通常≤10%失配度），造成半导体量子点组分设计及种类扩充受限。另外，应力释放会带来量子点形状结构变化，影响量子点器件均匀性及稳定性。因此，亟需突破晶格结构匹配限制，发展本征半导体量子点的通用制备策略，保证结构、性质、功能的各项均一性。

针对上述问题，研究团队提出二维界面范德华外延半导体量子点新策略，实现了多类III–V族及IV–VI族本征量子点的通用制备：（1）以无悬挂键的二维范德华表面为外延衬底可突破晶格匹配限制，可有效减小应力且扩展量子点种类；（2）二维表面的低表面能特性可有效驱动量子点原子团簇，形成近本征结构；（3）超高真空环境可同时保证量子点及外延衬底间的有效界面耦合，带来额外电荷转移通道。基于该方案，研究团队成功在4种范德华衬底（hBN、FL mica、MoS₂、graphene）上制备了5种不同的量子点（4种III-V族的化合物半导体InAs、GaAs、InSb、GaSb，和1种IV-VI族的化合物半导体SnTe），衬底和量子点组合共计20种。同时，可实现量子点的晶圆级外延，2英寸内展现出良好的量子点结构、尺寸均一性，且在较小的调制温度范围内有效调控量子点密度变化（4个数量级）。量子点及二维硫化钼衬底的强界面耦合为其带来额外电荷转移，可有效扩充硫化钼光电响应至红外波段。该外延方案为零维量子点/二维材料复合维度异质结体系研究提供了一个本征界面材料平台，将有助于拓宽新型量子器件系统研发。

中国科学院半导体研究所博士生辛凯耀、博士李利安，北京大学博士后周子琦为文章共同第一作者；半导体所刘峰奇研究员、翟慎强研究员、魏钟鸣研究员、永利官网刘灿副教授为文章共同通讯作者，论文合作者包括北京大学刘开辉教授、半导体所张锦川研究员、刘俊岐研究员、邓惠雄研究员等。该项工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划以及中国科学院青年促进会等项目的资助。

论文原文链接：https://www.nature.com/articles/s44160-024-00562-0

图1：InSb量子点在MoS₂表面的范德华外延生长

图2 量子点范德华外延生长方法的普适性