近日，基礎(chǔ)與前沿研究院劉奧教授和物理學(xué)院朱慧慧教授在新型半導(dǎo)體薄膜電子器件研究方向取得重要進(jìn)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(xué)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(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院、物理學(xué)院、電子薄膜與集成器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(xiàng)科技大學(xué)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(bào)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(xì)調(diào)控、薄膜加工技術(shù)改進(jìn)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(fù)性、穩(wěn)定性和耐用性方面取得了顯著進(jìn)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(fù)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和標(biāo)準(zhǔn)化制備流程，以確保可重復(fù)性和穩(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(jìn)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(yàn)，提出了一種基于組分調(diào)控的化學(xué)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(xì)闡述了該方法用于合成高質(zhì)量錫基鈣鈦礦薄膜的實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了全面解析。通過該方法，可精準(zhǔn)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(shí)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(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)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(shí)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

來源：電子科技大學(xué)