技术允许将单晶杂化钙钛矿集成到电子产品中

[据每日航天网2018年12月28日报道]一个国际研究小组开发出一种技术,首次将单晶杂化钙钛矿材料集成到电子产品中。钙钛矿可以在低温下合成这一进展打开了柔性电子产品新研究的大门,并有可能降低电子设备的制造成本。

混合钙钛矿材料含有有机与无机两种成分，可以从油墨中合成，使其易于在精密卷绕对位的技术下进行大面积制造。这些材料是太阳能电池、发光二极管(LEDs)与光电探测器应用广泛研究的对象。然而，将单晶杂化钙钛矿集成到更经典的电子器件(如晶体管)中仍存在挑战。

单晶杂化钙钛矿更可取，因为比起多晶材料，单晶材料具有更优良的性能；而多晶材料缺陷更多，对材料的电子性能产生不利影响。

将单晶杂化钙钛矿结合到电子产品中所面临的挑战源于这样一个事实：使用传统技术合成的宏观晶体具有粗糙、不规则的边缘。这使其难以与在电子设备中使得高质量触点成为必要的材料集成。

研究人员通过在两个层压表面之间合成混合钙钛矿晶体来解决这个问题，实际上创造的是一个单晶杂化钙钛矿三明治。钙钛矿符合上下两面的材料，从而在材料之间形成一个清晰的界面。底层和表层，三明治中的“面包”,可以是从玻璃载玻片到嵌入电极的硅片的任何东西，从而形成现成的晶体管或电路。

另外，研究人员可以通过选择用于钙钛矿化学组成的不同卤化物来进一步微调钙钛矿的电性能。卤化物的选择决定了材料的带隙，这影响所产生的半导体的颜色外观，并且导致在使用高带隙钙钛矿时产生透明甚至不易察觉的电子器件。

该工作论文的相应作者，同时也是北卡罗来纳州材料科学与工程的副教授Amassian说道：“我们已经证明了使用在环境空气中制造的单晶杂化钙钛矿材料制造工作场效应晶体管的能力。

这是很令人感兴趣的，因为传统的单晶材料必须在超高真空、高温环境中制造，并且通常需要细致的外延生长。

在温度低于100摄氏度的环境空气中，混合钙钛矿可以从溶液中，基本上是从油墨中生长出。从成本和制造的角度来看，这使得它们具有吸引力。它还使其与柔性塑料基板兼容，这意味着它们可能在柔性电子和物联网(IoT)中有所应用。

尽管如此，在这个领域仍然还存在着重大挑战。

例如，目前的混合钙钛矿中含有有毒物质铅,因此不适合可穿戴电子产品等的应用。然而，研究仍在进行，以开发不含铅或甚至完全不含金属的混合钙钛矿。这是一个令人兴奋的研究领域，我们认为这项工作是这些材料向器件集成迈出的的重要一步，这将促进新技术应用的发展。”（工业和信息化部电子第一研究所张慧）

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