華東理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)通用晶體生長(zhǎng)技術(shù)

中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 任朝霞）日前，華東理工大學(xué)清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了一種鈣鈦礦單晶薄膜通用生長(zhǎng)技術(shù)，將晶體生長(zhǎng)周期由7天縮短至1.5天，實(shí)現(xiàn)了30余種金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體的低溫、快速、可控制備，為新一代的高性能光電子器件提供了豐富的材料庫(kù)，相關(guān)成果發(fā)表于《自然—通訊》。

相對(duì)于碎鉆般的多晶薄膜，鈣鈦礦單晶晶片具有極低的缺陷密度（約為多晶薄膜的十萬(wàn)分之一），同時(shí)兼具優(yōu)異的光吸收、輸運(yùn)能力以及穩(wěn)定性，是高性能光電子器件的理想候選材料。然而，國(guó)際上尚未有鈣鈦礦單晶晶片的通用制備方法，傳統(tǒng)的空間限域方法僅能以高溫、生長(zhǎng)速率慢的方式制備幾種毫米級(jí)單晶，極大地限制了單晶晶片的實(shí)際應(yīng)用。

如何通過(guò)科技“魔法”，讓毫米級(jí)“碎鉆”長(zhǎng)成厘米級(jí)“完美鉆石”？研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合多重實(shí)驗(yàn)論證和理論模擬，揭示了傳質(zhì)過(guò)程是決定晶體生長(zhǎng)速率的關(guān)鍵因素，自主研發(fā)了以二甲氧基乙醇為代表的生長(zhǎng)體系，通過(guò)多配位基團(tuán)精細(xì)調(diào)控膠束的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，使得溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)提高了3倍。在高溶質(zhì)通量系統(tǒng)中，研究人員將原有的晶體生長(zhǎng)溫度降低了60度，晶體的生長(zhǎng)速率提高了4倍，生長(zhǎng)周期由7天縮短至1.5天。

“該單晶薄膜生長(zhǎng)技術(shù)具有普適性，可以實(shí)現(xiàn)30余種厘米級(jí)單晶薄膜的低溫、快速、高通量生長(zhǎng)。”該成果的主要完成人、華東理工大學(xué)侯宇教授說(shuō)。

據(jù)悉，團(tuán)隊(duì)還組裝了高性能單晶薄膜輻射探測(cè)器件，實(shí)現(xiàn)大面積復(fù)雜物體的自供電成像，避免高工作電壓的限制，拓展輻射探測(cè)的應(yīng)用場(chǎng)景，為便攜式、戶外條件提供了新范式。

為實(shí)現(xiàn)“小材料”的“大用途”，研究團(tuán)隊(duì)將在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上同步調(diào)控晶體的成核和生長(zhǎng)過(guò)程，攻關(guān)鈣鈦礦晶片與薄膜晶體管的直接耦聯(lián)工藝，開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)高分辨成像技術(shù)，為鈣鈦礦晶片的輻射探測(cè)應(yīng)用落地鋪平道路。