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阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）研究团队提出了一种空间限制的逆温度结晶的技术，该技术首次将单晶混合钙钛矿材料集成到电子产品中。研究团队基于该技术合成了MAPbX3（X = Cl，Br，I）钙钛矿的微米级单晶，并具有亚纳米表面粗糙度和非常低的表面污染。这有利于将MAPbX3晶体集成到双极晶体管中，并在p和n通道器件中产生高达4.7和1.5 cm2V-1s-1的室温场效应迁移率和低导通电压，同时开关比可达104到105。这项工作为将混合钙钛矿晶体整合到印刷，柔性和透明电子器件等柔性电子产品中的研究打开了大门，并可能降低电子设备的制造成本。相关成果以《Single crystal hybrid perovskite field-effect transistors》为题，发表在《Nature Communication》上。
文章作者：Weili Yu , Feng Li, Liyang Yu,Muhammad R. Niazi, Yuting Zou, Daniel Corzo, Aniruddha Basu ,Chun Ma, SukumarDey, Max L. Tietze, Ulrich Buttner, Xianbin Wang, Zhihong Wang,Mohamed N.Hedhili, Chunlei Guo, Tom Wu & Aram Amassian
有机-无机杂化钙钛矿做为一种新兴材料，可利用油墨合成，使其适用于大面积的辊对辊制造，在光伏、光探测和光发射等领域具有广泛的应用。然而，基于单晶杂化钙钛矿的电子器件（如晶体管）技术仍存在挑战。当使用常规技术合成单晶杂化钙钛矿时，这些宏观晶体具有粗糙的不规则边缘，使其难以与其他材料集成，在电子器件中难以形成必要的高质量接触。另一方面，晶体管的横向和界面传输要求，使其特别容易受到多晶薄膜和单晶的表面污染和缺陷的影响。单晶杂化钙钛矿材料比多晶材料具有更好的性能，多晶材料含有更多的缺陷，对材料的电子特性产生不利影响。
研究人员通过在层压表面之间合成杂化钙钛矿晶体，设计了“三明治”结构的单晶杂化钙钛矿。钙钛矿与上下材料一致，材料之间形成明显的界面。三明治结构中的基底、覆板和“面包”夹层是从玻璃载玻片到嵌入电极的硅晶片，这就形成了晶体管或电路。
通过选择不同卤化物，可以进一步微调钙钛矿的电学性质。卤化物的选择决定了材料的带隙，这会影响制备的半导体的颜色，并且当使用高带隙钙钛矿时会导致电子器件表现出透明、甚至不易察觉特性。
Aram Amassian教授（该论文的通讯作者）说道：“我们使用在大气环境下制造的单晶杂化钙钛矿材料实现了工作场效应晶体管的制造。”
这对于单晶材料的制备具有重要意义，因为传统单晶材料必须在超高真空，高温环境下制备，并且通常需要精细的外延生长。而杂化钙钛矿可以在低于100摄氏度的温度、大气环境下从溶液（一般是油墨）中制备出来。从成本和制造的角度来看，这使它们具有很大的吸引力，还使它们可以与柔性塑料基底兼容，这意味着它们可以应用于柔性电子产品和物联网（IoT）。
但是，相关研究仍存在重大挑战。例如，目前的杂化钙钛矿含有铅，这是有毒的，因此不适合应用在可穿戴电子产品等领域。研究人员正在研究开发不含铅甚至完全不含金属的杂化钙钛矿。这是一个令人兴奋的研究领域，这项工作对于杂化钙钛矿材料的器件集成向前迈出的重要一步，将引领新技术应用的发展。
该论文的第一位合著者是阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的Weili Yu，Feng Li和Liyang Yu。该论文的共同作者是KAUST的 Muhammad R.K Niazi，Daniel Corzo，Aniruddha Basu，Chun Ma，Sukumar Dey，Max L. Tietze，Ulrich Buttner，Xianbin Wang，Zhihong Wang和Mohamed N. Hedhili，Yuting Zou，罗彻斯特大学郭春雷教授，和KAUST和新南威尔士大学的Tom Wu。
这项工作得到了KAUST的资助。
原文引自“两江科技评论”微信公众号。
原文地址：https://mp.weixin.qq.com/s/a9x-yLXh78WVkV5c0fYr2g
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