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華東理工大學突破性技術:鈣鈦礦單晶晶片製程周期縮短至1.5天


華東理工大學的綠色能源材料與器件團隊最近成功研發了一種鈣鈦礦單晶晶片通用生長技術,使晶體生長周期由7天縮短至1.5天。這一突破性技術將金屬鹵化物鈣鈦礦半導體的製程變得更加低溫、快速和可控,為新一代高性能光電子器件提供了豐富材料庫,相關成果已在國際學術期刊《自然·通訊》上發表。

鈣鈦礦材料是一種光電性質優異、可溶液制備的新型半導體,具有廣泛的應用前景,包括太陽能電池、發光二極管和輻射探測器等。然而,目前這些器件主要采用鈣鈦礦多晶薄膜作為光活性材料,其固有缺陷會顯著降低器件性能和使用壽命。相比之下,鈣鈦礦單晶晶片具有更低的缺陷密度和更優異的輸運性能和穩定性,可制造更高性能的光電子器件。

此前,國際上未有鈣鈦礦單晶晶片的通用制備方法,傳統方法制備的毫米級單晶只能在高溫環境下生長,且生長速率緩慢。華東理工大學的團隊通過多重實驗和理論模擬,揭示了傳質過程是晶體生長速率的關鍵因素。他們開發了一種新的生長體系,利用二甲氧基乙醇等物質精細調控晶體生長過程,使晶體生長環境溫度降低60攝氏度,生長速率提高4倍,生長周期從7天縮短至1.5天。

侯宇教授表示,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,一個結晶周期內晶片尺寸可達2厘米,較傳統方法下的4毫米大幅提升。這一突破提供了一條更普適、更高效、更低條件的單晶晶片生長路線。

基於這一技術突破,團隊組裝了高性能單晶晶片輻射探測器件,實現了自供電輻射成像,避免了高工作電壓的限制,並大幅降低了輻射強度。新器件的輻射強度數值僅為常規醫療診斷的百分之一,具有廣闊的應用前景。 參考文獻及圖片來源: 

中国科学家研发新型通用晶体生长技术


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