記者從華東理工大學獲悉，該校清潔能源材料與器件團隊自主研發了一種鈣鈦礦單晶晶片通用生長技術，將晶體生長周期由7天縮短至1.5天，實現了30余種金屬鹵化物鈣鈦礦半導體的低溫、快速、可控制備，為新一代高性能光電子器件提供了豐富的材料庫。相關成果發表于國際學術期刊《自然·通訊》。
金屬鹵化物鈣鈦礦是一類光電性質優異、可溶液制備的新型半導體材料，在太陽能電池、發光二極管、輻射探測領域展現出應用前景，被譽為新能源、環境等領域的新質生產力，成為學術界、工業界爭相創新研發的目標。相對于多晶薄膜，鈣鈦礦單晶晶片具有極低的缺陷密度，同時兼具優異的光吸收、輸運能力以及穩定性，是高性能光電子器件的理想候選材料。
然而，國際上尚未有鈣鈦礦單晶晶片的通用制備方法，其生長過程的控制步驟仍不明確，傳統的空間限域方法僅能以高溫、生長速率慢的方式制備幾種毫米級單晶，極大限制了實際應用。研究團隊結合多重實驗論證和理論模擬，揭示了傳質過程是決定晶體生長速率的關鍵因素，自主研發了以二甲氧基乙醇為代表的生長體系，通過多配位基團精細調控膠束的動力學過程，使溶質的擴散系數提高了3倍。在高溶質通量系統中，研究人員將原有的晶體生長溫度降低了60攝氏度，晶體的生長速率提高了4倍，生長周期由7天縮短至1.5天。
“該單晶晶片生長技術具有普適性，可以實現30余種厘米級單晶晶片的低溫、快速、高通量生長。”該成果的主要完成人、華東理工大學侯宇教授介紹，例如，在70攝氏度下，甲胺鉛碘單晶晶片的生長速度可達到8微米/分鐘，在一個結晶周期內單晶晶片尺寸可達2厘米。
此外，團隊組裝了高性能單晶晶片輻射探測器件，實現大面積復雜物體的自供電成像，避免了高工作電壓的限制，大大降低輻射強度。以胸透成像為例，基于高質量晶片的器件比常規醫療診斷所需的輻射強度低100倍。
據介紹，接下來，團隊將在此基礎上同步調控晶體的成核和生長過程，攻關鈣鈦礦晶片與薄膜晶體管的直接耦聯工藝，開發動態高分辨成像技術，為鈣鈦礦晶片的輻射探測應用落地鋪平道路。（記者顏維琦）