Nature Materials发文！北邮人在柔性电子材料制备方面取得重要进展
近日，北京邮电大学集成电路学院李培刚教授团队与中国科学院物理研究所鲁年鹏研究员、张庆华副研究员团队合作， 成功发现并制备出一种具有六方结构且环境高度稳定的水溶性BaAl 2O 4薄膜牺牲层，该工作首次将水溶性牺牲层从立方钙钛矿体系拓展至六重/三重对称材料领域，可实现包括β-Ga 2O 3等多体系自支撑薄膜的制备，在柔性器件中展现出显著性能优势。 相关成果以“Water-soluble hexagonal BaAl 2O 4as sacrificial layer for freestanding crystalline membranes and flexible devices”为题，发表于国际学术期刊《Nature Materials》。北京邮电大学集成电路学院博士研究生李梦成和陆超博士（已毕业）为论文共同第一作者，张庆华副研究员，李培刚教授，鲁年鹏研究员为通讯作者。
集成电路技术发展对柔性电子提出了更多需求，比如大家常见的柔性显示屏、柔性电子皮肤，机器人灵巧手等，制备这些产品，需要将有机或无机材料电子器件制作在柔性基板上，电子器件可以弯折。 自支撑薄膜指没有衬底的约束，可自由转移的薄膜，是实现柔性电子器件的重要材料之一。在自支撑薄膜制备工艺中，尽量避免使用具有腐蚀性的溶液， 水溶性牺牲层是大家追求的最高目标。制造高质量的自支撑外延薄膜对于衬底和牺牲层的晶体结构匹配度有限制， 每发现一种新的水溶性牺牲层体系，就能够拓展自支撑薄膜的材料体系，对于柔性集成电路制造具有重要意义。
研究团队通过大量理论分析和实验，发现BaAl 2O 4材料是一种优异的水溶性牺牲层材料，并利用这种牺牲层材料，成功实现了包括β-Ga 2O 3在内的多种毫米尺度自支撑氧化物与氮化物薄膜的制备，证实这些薄膜在转移后仍能保持与原始外延薄膜高度一致的晶体结构与物理性能。更为重要的是，该材料对高温和一些特殊的环境具有良好的耐受性，显著扩展了该方法所适用的材料体系范围。
图1：BaAl 2O 4薄膜结构与剥离的多种自支撑薄膜及所制备的器件示意图
该研究 突破了长期以来自支撑薄膜主要局限于钙钛矿氧化物体系的材料限制。一方面，为具有六方结构或三重对称性的功能材料提供了一种通用且可推广的自支撑制备方案；另一方面，其优异的化学与热稳定性为后续开展原位或非原位异质集成以及复杂器件加工流程奠定了重要基础， 若将该策略进一步与超宽禁带半导体材料、二维材料、多铁性材料及拓扑量子材料相结合，有望在柔性电子器件及新型异质集成器件领域产生更广泛的应用价值。
北京邮电大学集成电路学院李培刚教授团队，长期从事超宽禁带半导体材料的研究工作，尤其在氧化镓材料领域的研究工作具有深厚的积累。此次发现，为以氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料在柔性电子器件领域的应用打下了坚实的基础。
该项目得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金委，北京市自然科学基金委，中国科学院基础研究青年科学家计划，陕西省重点研发计划的大力支持。
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