科学家首次成功制备新型半导体异质结材料

上海科技大学材料科学与技术学院教授宇易与普渡大学研究团队合作,在新型半导体异质结研究方面取得了重要进展。首次成功制备并表征了二维卤化物钙钛矿横向外延异质结。这篇研究论文发表在4月29日的《自然》在线版上。

卤化物钙钛矿材料作为近年来备受关注的一种新兴半导体材料,在太阳能电池、发光二极管、激光器等领域显示出巨大的应用前景。同时,与传统的共价半导体不同,卤化物钙钛矿材料对缺陷有很高的耐受性,因此它们在异质结构建和进一步的大规模器件集成方面具有独特的优势。

在构建卤化物钙钛矿半导体异质结的道路上,世界上有两个科学问题尚未解决。一方面,由于材料易于离子扩散,很难获得高质量的原子级平面异质界面。另一方面,卤化物钙钛矿对空气、水分、电子束辐照等因素非常敏感,其微观结构分析,尤其是原子结构成像困难。没有原子结构信息的指导,材料的精确构造和性能设计很难进行。

为此,研究人员通过引入刚性有机配体来抑制材料制备过程中的离子扩散,成功制备了二维有机-无机杂化卤化物钙钛矿横向异质结。低剂量像差校正电子显微镜技术的发展,首次揭示了二维横向异质结界面的原子结构,直接有力地证实了原子级平面界面的成功实现。

同时,宇易的团队经过长时间的探索和多次尝试和改进,最终找到了一种优化的低剂量成像方法,并首次实现了对辐射敏感的二维横向异质结原子结构的分析。这一突破提供了界面原子结构、缺陷组态和晶格应变的准确信息,为这种新型半导体异质结的微结构设计提供了最直观的指导。基于这些发现,整个研究团队进一步合作并成功演示了新型异质结原型器件中的整流效应,验证了这种新型半导体的应用前景。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2219-7

标题:科学家首次成功制备新型半导体异质结材料

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