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长春光机所在钙钛矿光敏场效应晶体管研究中获进展

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。/ 更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  新型钙钛矿是目前研究的热点材料之一,其相关研究在太阳能电池、发光二极管和光电探测器等领域取得了巨大的进展。基于钙钛矿材料的光电器件和电子器件制备工艺简单,易于大面积加工制造和集成到经典的电子器件中。但是,基于钙钛矿材料的场效应晶体管研究仍然较少,已报道的工作存在载流子迁移率较低、传输机理不明等问题。

  针对这一问题,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所郭春雷中美联合光子实验室的于伟利课题组采用空间限域、反温度结晶相结合的方法,制备了具有低缺陷密度的CsPbBr3薄单晶,克服了载流子在横向通道传输过程中易受晶界和晶粒缺陷影响的问题,制备出了高效的光敏场效应晶体管。

  他们利用空间限域、反温度结晶相结合的方法生长出的CsPbBr3薄单晶没有明显的晶粒界畴,厚度在2微米左右,尺寸可以达到毫米级或更大尺寸,便于电子、光电子器件的制备和应用。基于此薄单晶的场效应晶体管在室温下具有双极性,且其载流子传输表现出奇异的光强依赖性:电子的迁移率与光照强度无关,而空穴的迁移率随光照强度的增加而增加;在电子为多数载流子时,阈值电压表现出了光的依赖性,而空穴为多数载流子时却没有这一现象。这是首次在钙钛矿材料中报道这一现象。作者分析认为:这种特殊的传输特性是分别由光电导效应和光伏效应引起的,体现了钙钛矿材料载流子传输机制的特殊性。在50 mW/cm2的光照条件下,所制备的场效应晶体管在室温下具有0.40(0.34)cm2V-1s-1的电子(空穴)迁移率,显著优于迄今为止所报道过的基于CsPbBr3钙钛矿材料的场效应晶体管。另外,所制器件也表现了优良的光探测器性能。

  新型钙钛矿是目前研究的热点材料之一,其相关研究在太阳能电池、发光二极管和光电探测器等领域取得了巨大的进展。基于钙钛矿材料的光电器件和电子器件制备工艺简单,易于大面积加工制造和集成到经典的电子器件中。但是,基于钙钛矿材料的场效应晶体管研究仍然较少,已报道的工作存在载流子迁移率较低、传输机理不明等问题。

  针对这一问题,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所郭春雷中美联合光子实验室的于伟利课题组采用空间限域、反温度结晶相结合的方法,制备了具有低缺陷密度的CsPbBr3薄单晶,克服了载流子在横向通道传输过程中易受晶界和晶粒缺陷影响的问题,制备出了高效的光敏场效应晶体管。

  他们利用空间限域、反温度结晶相结合的方法生长出的CsPbBr3薄单晶没有明显的晶粒界畴,厚度在2微米左右,尺寸可以达到毫米级或更大尺寸,便于电子、光电子器件的制备和应用。基于此薄单晶的场效应晶体管在室温下具有双极性,且其载流子传输表现出奇异的光强依赖性:电子的迁移率与光照强度无关,而空穴的迁移率随光照强度的增加而增加;在电子为多数载流子时,阈值电压表现出了光的依赖性,而空穴为多数载流子时却没有这一现象。这是首次在钙钛矿材料中报道这一现象。作者分析认为:这种特殊的传输特性是分别由光电导效应和光伏效应引起的,体现了钙钛矿材料载流子传输机制的特殊性。在50 mW/cm2的光照条件下,所制备的场效应晶体管在室温下具有0.40(0.34)cm2 V-1 s-1的电子(空穴)迁移率,显著优于迄今为止所报道过的基于CsPbBr3钙钛矿材料的场效应晶体管。另外,所制器件也表现了优良的光探测器性能。

  这项工作不仅为制备高性能光敏场效应晶体管提供了指导策略,而且揭示了全无机钙钛矿CsPbBr3特有的电荷传输机理,将有助于后续的钙钛矿材料的光电特性的研究及器件优化。相关结果以Anomalous Ambipolar Phototransistors Based on All‐Inorganic CsPbBr3 Perovskite at Room Temperature 为题发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201900676)上。