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長春光機所郭春雷中美聯合光子實驗室在鈣鈦礦光敏場效應晶體管方面的研究獲得新進展
2019-08-28 光子實驗室 孫文婷
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  新型鈣鈦礦是目前研究的熱點材料之一,其相關研究在太陽能電池、發光二極管和光電探測器等領域取得了巨大的進展。基于鈣鈦礦材料的光電器件和電子器件制備工藝簡單,易于大面積加工制造和集成到經典的電子器件中。但是,基于鈣鈦礦材料的場效應晶體管研究仍然較少,已報道的工作存在載流子遷移率較低、傳輸機理不明等問題。

  針對這一問題,中國科學院長春光學精密機械與物理研究所郭春雷中美聯合光子實驗室的于偉利課題組采用空間限域、反溫度結晶相結合的方法,制備了具有低缺陷密度的CsPbBr3薄單晶,克服了載流子在橫向通道傳輸過程中易受晶界和晶粒缺陷影響的問題,制備出了高效的光敏場效應晶體管。 

  他們利用空間限域、反溫度結晶相結合的方法生長出的CsPbBr3薄單晶沒有明顯的晶粒界疇,厚度在2微米左右,尺寸可以達到毫米級或更大尺寸,便于電子、光電子器件的制備和應用。基于此薄單晶的場效應晶體管在室溫下具有雙極性,且其載流子傳輸表現出奇異的光強依賴性:電子的遷移率與光照強度無關,而空穴的遷移率隨光照強度的增加而增加;在電子為多數載流子時,閾值電壓表現出了光的依賴性,而空穴為多數載流子時卻沒有這一現象。這是首次在鈣鈦礦材料中報道這一現象。作者分析認為:這種特殊的傳輸特性是分別由光電導效應和光伏效應引起的,體現了鈣鈦礦材料載流子傳輸機制的特殊性。在50 mW/cm2的光照條件下,所制備的場效應晶體管在室溫下具有0.40(0.34)cm2 V-1 s-1的電子(空穴)遷移率,顯著優于迄今為止所報道過的基于CsPbBr3鈣鈦礦材料的場效應晶體管。另外,所制器件也表現了優良的光探測器性能。 

    這項工作不僅為制備高性能光敏場效應晶體管提供了指導策略,而且揭示了全無機鈣鈦礦CsPbBr3特有的電荷傳輸機理,將有助于后續的鈣鈦礦材料的光電特性的研究及器件優化。相關結果以“Anomalous Ambipolar Phototransistors Based on All‐Inorganic CsPbBr3 Perovskite at Room Temperature”為題發表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201900676)上。

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