近日，東南大學徐曉寶/雷威的多維探測與智能識別團隊開發(fā)出一種六英寸高純度鉛鹵鈣鈦礦（APbX?，A=MA?、FA?、Cs?；X=I?、Br?、Cl?）晶圓制備工藝，解決了鈣鈦礦大面積均勻性與缺陷控制的難題，實現(xiàn)了晶圓級異質(zhì)結(jié)構(gòu)工程，推動了高性能輻射成像系統(tǒng)的實際應(yīng)用。相關(guān)成果以《基于陶瓷制造技術(shù)制備的六英寸高純度鹵化鉛鈣鈦礦晶圓》（“Six-Inch High-Purity Lead Halide Perovskite Wafer Derived from Ceramic Manufacturing Technique”）為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。
鉛鹵鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的光學特性和低成本優(yōu)勢，在太陽能電池、輻射探測、發(fā)光顯示等眾多光電子領(lǐng)域極具潛力，但其產(chǎn)業(yè)化面臨核心瓶頸：缺乏標準化大尺寸晶圓制造技術(shù)。相較于成熟的硅基晶圓工藝，鈣鈦礦現(xiàn)有方法難以制備大面積、高質(zhì)量單晶晶圓——熔體生長法不適用于熱不穩(wěn)定材料，常用溶液法則在可擴展性和重現(xiàn)性上受限。多晶晶片加工是制備大面積晶圓的有前景路徑，其性能已展現(xiàn)出競爭力，但現(xiàn)有多晶晶圓普遍存在不透明、機械強度差、厚度受限等問題，根源在于微觀結(jié)構(gòu)缺陷（如晶界、孔隙、第二相）。實現(xiàn)鈣鈦礦在高端光學應(yīng)用中的潛力，亟需攻克大尺寸、兼具高透明度與優(yōu)良光電性能的晶圓制造難題。
圖1 （a）透明晶圓的制備原理;(b) 6英寸透明晶圓及透明晶圓異質(zhì)結(jié)；（c）透明晶圓異質(zhì)結(jié)的均一性及成像效果
針對這一難題，東南大學多維探測與智能識別團隊開發(fā)出一種六英寸高純度鉛鹵鈣鈦礦（APbX?，A=MA?、FA?、Cs?；X=I?、Br?、Cl?）晶圓制備工藝，其載流子遷移率、壽命及缺陷密度等性能指標媲美單晶材料。該方法具有普適性，可拓展至多種鈣鈦礦體系，并實現(xiàn)異質(zhì)結(jié)晶圓制備?；谠摴に囍苽涞?0×10 cm2鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)晶圓，成功構(gòu)建了256×256像素的X射線感知陣列，靈敏度達36532 μC·Gy?1·cm?2，檢測限低至139 nGy·s?1，性能顯著優(yōu)于單晶探測器（10640 μC·Gy?1·cm?2和247 nGy·s?1）。這一突破為鈣鈦礦光電器件的規(guī)?；a(chǎn)開辟了新路徑，通過晶圓級異質(zhì)結(jié)構(gòu)工程，有望推動高性能輻射成像系統(tǒng)的實際應(yīng)用。
東南大學電子科學與工程學院徐曉寶教授、李青教授、雷威教授為本文的共同通訊作者。東南大學電子科學與工程學院博士生劉世林為本文的第一作者。該研究受到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和江蘇省自然科學基金等項目的資助。
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