Advanced Materials Technologies:借助半导体工艺制作卤化物钙钛矿信息器件

器件小型化是降低器件成本、提高器件性能的有效途径,硅晶体管等半导体器件特征尺寸按照摩尔定律不断缩小推动了整个半导体行业的发展。因此,尺寸可等比例缩小的器件能够在未来信息技术领域发挥更大的作用。卤化物钙钛矿具有长载流子扩散长度、高光吸收系数、高量子效率和可调带隙宽度等优良特性,被广泛用于制作太阳电池、光探测器、光源和忆阻器等器件。对于光探测器、光源和忆阻器等半导体信息器件来说,器件尺寸越小意味着器件速度越快、功耗越低,单位面积制作的器件个数越多,因此价格越低。然而由于卤化物钙钛矿不能使用半导体工艺加工,特别是与光刻工艺不兼容(光刻工艺会用到水等溶剂),目前研究者没有办法大规模制备小尺寸卤化物钙钛矿器件,这大大限制了卤化物钙钛矿材料在电子信息领域的应用。

小尺寸钙钛矿光电探测器和忆阻器

近日,中科院半导体研究所陈弘达课题组和北京理工大学陈棋课题组针对这一问题,通过在标准光刻工艺中添加聚对二甲苯(Parylene)保护薄膜的方式,成功制作出特征尺寸为2微米的MAPbI3光电探测器和CsPbBr3忆阻器。在新型工艺过程中,Parylene充当保护层和牺牲层,借助新型工艺可以大规模制备小尺寸的卤化物钙钛矿器件。该工作为卤化物钙钛矿材料进入半导体信息领域打开大门,为卤化物钙钛矿材料的特性研究提供了强有力的工具,为卤化物钙钛矿材料与硅CMOS电路结合提供集成方案,同时也为提高钙钛矿器件稳定性提供一种高效的封装材料。

相关论文发表在Advanced Materials Technologies (DOI:10.1002/admt.201800729)上,论文的通讯作者为中国科学院半导体研究所黄北举副研究员与北京理工大学陈棋教授,论文的第一作者为中国科学院半导体研究所博士后程传同与北京理工大学博士研究生朱城。