Small:高性能电子/光电器件——一种新的液相制备方法

钙钛矿优异的光学和电学性能使其从基本的光电传输到器件制备都受到了人们的广泛关注。然而,钙钛矿材料对极性溶剂、温度等十分敏感,常规的微纳加工方法通常需要光刻胶烘烤、紫外光或电子束辐照以及在极性溶剂中剥离等步骤,因此通过目前的光刻手段制造微纳钙钛矿晶体器件仍是一个巨大的挑战。若是将钙钛矿机械转移到预先制备的电极上或将带状电极转移到晶体上,将不可避免的损坏晶体结构。此外,金属电极的刚性,使其在与钙钛矿形成的界面上存在大量的间隙,将极大牺牲器件性能。

中国国家纳米科学中心的孙连峰课题组及其合作者(第一作者刘佳、通讯作者李勇军、孙连峰)针对这一问题提出了一种利用金属电极的高表面能在预图案化的电极上直接生长钙钛矿晶体来构造高性能的电子和光电器件的方法。相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201906185)上。

首先通过在银微米颗粒上定点生长CsPbBr3来研究材料的生长过程与机理,发现银颗粒可以作为钙钛矿的优先成核中心。然后通过改进该方法在电极周围生长钙钛矿并桥接两个电极以直接形成功能器件(例如场效应晶体管和光电探测器)。由于钙钛矿/金属界面的良好接触,可确保这些异质结构能充当高性能的场效应晶体管和出色的光电探测器。场效应晶体管的开关比高达106,迁移率高达~2.3cm2/ V·s。此外,这些结构表现出优异的光电探测性能,具有106的高光电导开关比以及4ms的短响应时间。通过开尔文探针显微镜和扫描光电流显微镜测量,我们发现钙钛矿光电探测器的光电响应来自银和p型钙钛矿的肖特基势垒。这些结果将深化我们对介质/金属复合微纳材料体系的认识,为新型电子和光电器件的设计和制备提供一种新的思路。