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華東理工大學(xué)團隊研發(fā)通用晶體生長(cháng)技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2024-04-03 作者:任朝霞 來(lái)源:中國教育新聞網(wǎng)

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊(記者 任朝霞)日前,華東理工大學(xué)清潔能源材料與器件團隊自主研發(fā)了一種鈣鈦礦單晶薄膜通用生長(cháng)技術(shù),將晶體生長(cháng)周期由7天縮短至1.5天,實(shí)現了30余種金屬鹵化物鈣鈦礦半導體的低溫、快速、可控制備,為新一代的高性能光電子器件提供了豐富的材料庫,相關(guān)成果發(fā)表于《自然—通訊》。

相對于碎鉆般的多晶薄膜,鈣鈦礦單晶晶片具有極低的缺陷密度(約為多晶薄膜的十萬(wàn)分之一),同時(shí)兼具優(yōu)異的光吸收、輸運能力以及穩定性,是高性能光電子器件的理想候選材料。然而,國際上尚未有鈣鈦礦單晶晶片的通用制備方法,傳統的空間限域方法僅能以高溫、生長(cháng)速率慢的方式制備幾種毫米級單晶,極大地限制了單晶晶片的實(shí)際應用。

如何通過(guò)科技“魔法”,讓毫米級“碎鉆”長(cháng)成厘米級“完美鉆石”?研究團隊結合多重實(shí)驗論證和理論模擬,揭示了傳質(zhì)過(guò)程是決定晶體生長(cháng)速率的關(guān)鍵因素,自主研發(fā)了以二甲氧基乙醇為代表的生長(cháng)體系,通過(guò)多配位基團精細調控膠束的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,使得溶質(zhì)的擴散系數提高了3倍。在高溶質(zhì)通量系統中,研究人員將原有的晶體生長(cháng)溫度降低了60度,晶體的生長(cháng)速率提高了4倍,生長(cháng)周期由7天縮短至1.5天。

“該單晶薄膜生長(cháng)技術(shù)具有普適性,可以實(shí)現30余種厘米級單晶薄膜的低溫、快速、高通量生長(cháng)?!痹摮晒闹饕瓿扇?、華東理工大學(xué)侯宇教授說(shuō)。

據悉,團隊還組裝了高性能單晶薄膜輻射探測器件,實(shí)現大面積復雜物體的自供電成像,避免高工作電壓的限制,拓展輻射探測的應用場(chǎng)景,為便攜式、戶(hù)外條件提供了新范式。

為實(shí)現“小材料”的“大用途”,研究團隊將在此實(shí)驗基礎上同步調控晶體的成核和生長(cháng)過(guò)程,攻關(guān)鈣鈦礦晶片與薄膜晶體管的直接耦聯(lián)工藝,開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)高分辨成像技術(shù),為鈣鈦礦晶片的輻射探測應用落地鋪平道路。

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