金屬鹵化物鈣鈦礦是一類光電性質優異、可溶液制備的新型半導體材料，已在太陽能電池、發光二極管、輻射探測器等器件制造上展現出廣闊的應用前景。
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分之一，且兼具優異輸運能力及穩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”，以顯示兩者的優劣。
如何更高效地制備“完美鉆石”？華東理工大學清潔能源材料與器件團隊近日取得重大突破：團隊自主研發的鈣鈦礦單晶晶片通用生長技術，將晶體生長周期由7天縮短至1.5天，實現了30余種金屬鹵化物鈣鈦礦半導體的低溫、快速、可控制備，為新一代高性能光電子器件提供了豐富材料庫。目前，相關成果已發表在國際學術期刊《自然·通訊》上。
據介紹，國際上尚未有鈣鈦礦單晶晶片的通用制備方法，傳統方法僅能以滿足高溫環境、生長速率慢的方式制備幾種毫米級單晶，極大限制了單晶晶片的實際應用。
對于鈣鈦礦單晶晶片生長所涉及的成核、溶解、傳質、反應等多個過程，華東理工大學團隊結合多重實驗論證和理論模擬，揭示了傳質過程是決定晶體生長速率的關鍵因素，由此研發了以二甲氧基乙醇為代表的生長體系，通過多配位基團精細調控膠束的動力學過程，使溶質的擴散系數提高了3倍。在高溶質通量系統中，研究人員實現了將晶體生長環境溫度降低60攝氏度，晶體生長速率提高4倍，生長周期由7天縮短至1.5天。
該成果主要完成人之一、華東理工大學教授侯宇舉例說，在70攝氏度下，甲胺鉛碘單晶晶片生長速度可達到8微米/分鐘，一個結晶周期內晶片尺寸可達2厘米，較傳統方法下的4毫米有了大幅提升。“我們突破了傳統生長體系中溶質擴散不足的技術壁壘，提供了一條更普適、更高效、更低條件的單晶晶片生長路線。”
基于這一突破，團隊組裝了高性能單晶晶片輻射探測器件，不僅可實現自供電輻射成像，避免了高工作電壓的限制，還大大降低了輻射強度，以胸透成像為例，新器件的輻射強度數值僅為常規醫療診斷的百分之一。（記者 吳振東）
轉自：經濟參考報
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