金屬鹵化物鈣鈦礦是一類(lèi)光電性質(zhì)優(yōu)異、可溶液制備的新型半導(dǎo)體材料,已在太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、輻射探測(cè)器等器件制造上展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
然而,這些器件目前主要采用鈣鈦礦多晶薄膜為光活性材料,其固有缺陷會(huì)顯著降低器件性能和使用壽命。若采用缺陷密度僅為多晶薄膜十萬(wàn)分之一,且兼具優(yōu)異輸運(yùn)能力及穩(wěn)定性的鈣鈦礦單晶晶片,就能制造更高性能的光電子器件。
科學(xué)家將多晶薄膜與單晶晶片分別比作“碎鉆”和“完美鉆石”,以顯示兩者的優(yōu)劣。
如何更高效地制備“完美鉆石”?華東理工大學(xué)清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)近日取得重大突破:團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的鈣鈦礦單晶晶片通用生長(zhǎng)技術(shù),將晶體生長(zhǎng)周期由7天縮短至1.5天,實(shí)現(xiàn)了30余種金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體的低溫、快速、可控制備,為新一代高性能光電子器件提供了豐富材料庫(kù)。目前,相關(guān)成果已發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。
據(jù)介紹,國(guó)際上尚未有鈣鈦礦單晶晶片的通用制備方法,傳統(tǒng)方法僅能以滿(mǎn)足高溫環(huán)境、生長(zhǎng)速率慢的方式制備幾種毫米級(jí)單晶,極大限制了單晶晶片的實(shí)際應(yīng)用。
對(duì)于鈣鈦礦單晶晶片生長(zhǎng)所涉及的成核、溶解、傳質(zhì)、反應(yīng)等多個(gè)過(guò)程,華東理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)合多重實(shí)驗(yàn)論證和理論模擬,揭示了傳質(zhì)過(guò)程是決定晶體生長(zhǎng)速率的關(guān)鍵因素,由此研發(fā)了以二甲氧基乙醇為代表的生長(zhǎng)體系,通過(guò)多配位基團(tuán)精細(xì)調(diào)控膠束的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,使溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)提高了3倍。在高溶質(zhì)通量系統(tǒng)中,研究人員實(shí)現(xiàn)了將晶體生長(zhǎng)環(huán)境溫度降低60攝氏度,晶體生長(zhǎng)速率提高4倍,生長(zhǎng)周期由7天縮短至1.5天。
該成果主要完成人之一、華東理工大學(xué)教授侯宇舉例說(shuō),在70攝氏度下,甲胺鉛碘單晶晶片生長(zhǎng)速度可達(dá)到8微米/分鐘,一個(gè)結(jié)晶周期內(nèi)晶片尺寸可達(dá)2厘米,較傳統(tǒng)方法下的4毫米有了大幅提升?!拔覀兺黄屏藗鹘y(tǒng)生長(zhǎng)體系中溶質(zhì)擴(kuò)散不足的技術(shù)壁壘,提供了一條更普適、更高效、更低條件的單晶晶片生長(zhǎng)路線(xiàn)?!?/p>
基于這一突破,團(tuán)隊(duì)組裝了高性能單晶晶片輻射探測(cè)器件,不僅可實(shí)現(xiàn)自供電輻射成像,避免了高工作電壓的限制,還大大降低了輻射強(qiáng)度,以胸透成像為例,新器件的輻射強(qiáng)度數(shù)值僅為常規(guī)醫(yī)療診斷的百分之一。(記者 吳振東)
轉(zhuǎn)自:經(jīng)濟(jì)參考報(bào)
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