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一个国际研究小组已经开发出一种技术，对于首次允许单晶混合钙钛矿材料能够集成到电子产品。由于这些钙钛矿可在低温下合成，提前打开门新的研究成柔性电子产品和用于电子设备的潜在降低制造成本。
混合钙钛矿材料包含有机和无机成分，可以从油墨中合成，使它们适合于大面积的卷对卷制造。这些材料是广泛研究的主题，用于太阳能电池，发光二极管(led)和光探测器。然而，将单晶杂化钙钛矿集成到更经典的电子器件(如晶体管)中一直存在挑战。
单晶杂化钙钛矿更可取，因为单晶材料比多晶材料具有更理想的性能;多晶材料含有更多的缺陷，对材料的电子性能产生不利影响。
将单晶杂化钙钛矿整合到电子产品中的挑战源于这样一个事实:当使用传统技术合成这些宏观晶体时，它们的边缘粗糙而不规则。这使得它很难与其他材料集成，而这些材料是电子设备所必需的高质量触点。
研究人员通过在两个层压表面之间合成杂化钙钛矿晶体来解决这个问题，本质上创造了一个单晶杂化钙钛矿三明治。钙钛矿符合上面和下面的材料，导致材料之间有一个尖锐的界面。衬底和上层，即三明治中的“面包”，可以是任何东西，从玻片到已经嵌入电极的硅晶片，从而形成现成的晶体管或电路。
研究人员可以进一步微调以在钙钛矿的化学组成使用选择不同的卤化物钙钛矿的电气性能。卤化物的选择决定的材料，使用高带隙的钙钛矿时影响所得半导体和引线到透明甚至感觉不到的电子器件的颜色外观的带隙。
“我们已经证明了使用在环境空气中制造的单晶杂化钙钛矿材料制造工作场效应晶体管的能力，”一篇关于这项工作的论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程副教授Aram Amassian说。
Amassian说:“这很有趣，因为传统的单晶材料必须在超高真空、高温环境下制造，通常需要精致的外延生长。”“在100摄氏度以下的环境空气中，混合钙钛矿可以从溶液中生长，基本上是从墨水中生长。从成本和制造的角度来看，这使得它们具有吸引力。它还使它们与柔性塑料基板兼容，这意味着它们可能在柔性电子和物联网(IoT)中有应用。
“尽管如此，还是有重大的挑战在这里，” Amassian说。“例如，当前的混合钙钛矿含有铅，其是有毒的，因此不东西是理想的像可佩戴电子应用。然而，研究正在进行开发不含铅，或者甚至完全不含金属混合钙钛矿。这是研究的一个令人兴奋的领域，我们认为这项工作是对这些材料的设备集成一个显著的一步，导致新技术应用的发展。”
本文，“单晶混合钙钛矿的场效应晶体管发表在杂志上自然通信．论文的第一作者是阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的Weili Yu, Feng Li和Liyang Yu。该论文由中国科学技术大学的Muhammad R.K. Niazi、Daniel Corzo、Aniruddha Basu、Chun Ma、Sukumar Dey、Max L. Tietze、Ulrich Buttner、Xianbin Wang、Zhihong Wang和Mohamed N. Hedhili共同撰写;郭中美光子学实验室邹玉婷;罗彻斯特大学郭中美光子学实验室郭春雷;以及KAUST和新南威尔士大学的Tom Wu。
这项工作得到了KAUST的资助。
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编者注：研究摘要跟随。
“单晶混合钙钛矿场效应晶体管”
作者：伟力宇，科技和郭中国，美国光电实验室的阿卜杜拉国王大学;范蠡，溧阳宇，穆罕默德R.K.尼亚齐，丹尼尔Corzo的，Aniruddha八宿，骏马，萨库马尔戴伊，最大L.肋软骨炎，乌尔里希布特内尔，Xianbin王，王志宏和穆罕默德N. Hedhili，阿卜杜拉国王科技大学;邹毓婷，郭中国，美国光电实验室;春雷郭，郭中国，美国光电实验室和罗切斯特大学;汤姆·吴，科技和新南威尔士大学的阿卜杜拉国王大学;亚兰Amassian，北卡罗来纳州立大学和阿卜杜拉国王科技大学。
发表：12月17日，自然通信
迪伊: 10.1038 / s41467 - 018 - 07706 - 9
摘要：的光伏，光检测和发光中的字段在最近几年与杂化有机 - 无机钙钛矿的出现看到了巨大的活性。然而，也出现了钙钛矿型场效应晶体管的少得多的报告。晶体管的横向和界面运输要求使它们特别容易受到表面污染和缺陷成风在多晶薄膜和块状单晶。这里，我们证明其合成甲基铵的微米薄单晶在空间上受限逆温度结晶策略导致卤化物钙钛矿MAPbX3.（X =氯，溴，I）亚纳米表面粗糙度和非常低的表面污染。这些受益MAPbX整合3.晶体成双极晶体管和产率记录，室温的场效应迁移率达到4.7 1.5厘米2V.－1S.－1in.P.和N分别沟道器件，用104.到10.5.on-off比和低的导通电压。这项工作铺平了混合钙钛矿的晶体整合到印刷，柔性且透明的电子的方式。
