華東理工大學(xué)團隊研發(fā)通用晶體生長技術(shù)

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 任朝霞）日前，華東理工大學(xué)清潔能源材料與器件團隊自主研發(fā)了一種鈣鈦礦單晶薄膜通用生長技術(shù)，將晶體生長周期由7天縮短至1.5天，實現(xiàn)了30余種金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體的低溫、快速、可控制備，為新一代的高性能光電子器件提供了豐富的材料庫，相關(guān)成果發(fā)表于《自然—通訊》。

相對于碎鉆般的多晶薄膜，鈣鈦礦單晶晶片具有極低的缺陷密度（約為多晶薄膜的十萬分之一），同時兼具優(yōu)異的光吸收、輸運能力以及穩(wěn)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，傳統(tǒng)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，極大地限制了單晶晶片的實際應(yīng)用。

如何通過科技“魔法”，讓毫米級“碎鉆”長成厘米級“完美鉆石”？研究團隊結(jié)合多重實驗論證和理論模擬，揭示了傳質(zhì)過程是決定晶體生長速率的關(guān)鍵因素，自主研發(fā)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(diào)控膠束的動力學(xué)過程，使得溶質(zhì)的擴散系數(shù)提高了3倍。在高溶質(zhì)通量系統(tǒng)中，研究人員將原有的晶體生長溫度降低了60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。

“該單晶薄膜生長技術(shù)具有普適性，可以實現(xiàn)30余種厘米級單晶薄膜的低溫、快速、高通量生長。”該成果的主要完成人、華東理工大學(xué)侯宇教授說。

據(jù)悉，團隊還組裝了高性能單晶薄膜輻射探測器件，實現(xiàn)大面積復(fù)雜物體的自供電成像，避免高工作電壓的限制，拓展輻射探測的應(yīng)用場景，為便攜式、戶外條件提供了新范式。

為實現(xiàn)“小材料”的“大用途”，研究團隊將在此實驗基礎(chǔ)上同步調(diào)控晶體的成核和生長過程，攻關(guān)鈣鈦礦晶片與薄膜晶體管的直接耦聯(lián)工藝，開發(fā)動態(tài)高分辨成像技術(shù)，為鈣鈦礦晶片的輻射探測應(yīng)用落地鋪平道路。