近日，基礎(chǔ)與前沿研究院劉奧教授和物理學院朱慧慧教授在新型半導體薄膜電子器件研究方向取得重要進展。相關(guān)研究成果以“Fabrication of high-performance tin halide perovskite thin-film transistors via chemical solution-based composition engineering”為題發(fā)表于方法學頂級期刊 Nature Protocols 上，這也是我校首次在該期刊發(fā)表論文。
電子科技大學基礎(chǔ)與前沿研究院、物理學院、電子薄膜與集成器件國家重點實驗室為論文第一完成單位。朱慧慧教授為論文第一作者和通訊作者，劉奧教授和韓國浦項科技大學的Yong-Young Noh教授為論文共同通訊作者。
錫基鈣鈦礦材料憑借其低空穴有效質(zhì)量和高遷移率，在高性能P溝道薄膜晶體管領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。自1999年首次報道二維錫基鈣鈦礦薄膜晶體管以來，該材料因其生態(tài)友好性和在多種光電器件中的潛在應(yīng)用而受到廣泛關(guān)注。近年來，得益于材料組分精細調(diào)控、薄膜加工技術(shù)改進以及器件工程的不斷優(yōu)化，科研人員在提升器件性能、重復性、穩(wěn)定性和耐用性方面取得了顯著進展。然而，錫基鈣鈦礦薄膜的溶液加工仍面臨一系列挑戰(zhàn)，尤其是在結(jié)晶過程的精確控制和復雜缺陷態(tài)形成方面。錫基材料易氧化、結(jié)晶速率較快，且由此產(chǎn)生的高缺陷密度，使得在不同實驗室環(huán)境下可靠制備高質(zhì)量錫基鈣鈦礦薄膜成為一大難題。因此，亟需建立全面的實驗指導和標準化制備流程，以確?？芍貜托院头€(wěn)定性，同時支持其在薄膜電子器件中的可靠集成。這對于推動錫基鈣鈦礦材料研究的快速發(fā)展、促進其在鈣鈦礦基薄膜電子器件中的應(yīng)用，為后續(xù)基礎(chǔ)研究提供重要參考具有重要意義。
針對錫基鈣鈦礦材料制備與應(yīng)用中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，朱慧慧等研究人員結(jié)合多年來在該領(lǐng)域的深入研究與工藝開發(fā)經(jīng)驗，提出了一種基于組分調(diào)控的化學溶液法，用于制備高性能錫基鈣鈦礦薄膜，并成功構(gòu)建了高性能P溝道薄膜晶體管及CMOS器件。本文詳細闡述了該方法用于合成高質(zhì)量錫基鈣鈦礦薄膜的實驗流程，同時對薄膜器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化及性能提升的關(guān)鍵步驟進行了全面解析。通過該方法，可精準調(diào)控薄膜的組分、提升結(jié)晶質(zhì)量、有效降低缺陷密度，并實現(xiàn)對薄膜晶體管關(guān)鍵參數(shù)（如遷移率、開關(guān)比及穩(wěn)定性）的精確控制。實驗進一步驗證了制備的薄膜晶體管器件在多種環(huán)境條件下的高穩(wěn)定性與耐用性，為錫基鈣鈦礦在薄膜電子器件中的實際應(yīng)用提供了可靠路徑，同時為下一代CMOS技術(shù)的開發(fā)奠定了重要基礎(chǔ)。
圖1 用于制備鈣鈦礦薄膜晶體管的常用技術(shù)路線
圖2 制備的高性能FACsSnI3薄膜晶體管器件轉(zhuǎn)移、輸出特性及關(guān)鍵參數(shù)提取
