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电子科大最新Nature:挥发辅助配位策略实现稳定的锡基钙钛矿晶体管

2026-07-07 09:11:38 来源:北方有色技术平台
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简介:针对锡(Sn²⁺)基卤化物钙钛矿半导体因不饱和配位 SnI₂终止面活性高、极易导致 uncontrolled 自 p 型掺杂和快速氧化降解的核心瓶颈,韩国浦项科技大学Yong-Young Noh&电子科技大学朱慧慧&刘奥&成均馆大学Ji-Sang Park团队提出了一种挥发辅助配位(Volatile-Assisted Coordination)的表面重构策略。
针对(Sn²⁺)基卤化物钙钛矿半导体因不饱和配位 SnI₂终止面活性高、极易导致 uncontrolled 自 p 型掺杂和快速氧化降解的核心瓶颈,韩国浦项科技大学Yong-Young Noh&电子科技大学朱慧慧&刘奥&成均馆大学Ji-Sang Park团队提出了一种挥发辅助配位(Volatile-Assisted Coordination)的表面重构策略。研究人员在钙钛矿薄膜表面引入醋酸钾(KAc),使醋酸根与不饱和配位的Sn²⁺发生瞬态配位并通过强放热的取代反应,将不稳定的SnI₂表面转化为化学稳定且缺陷稀少的碘化钾(KI)惰性界面,同时其副产物醋酸锡在温和退火(约 100 °C)时自发气化脱附。这种自限性的表面重构有效清除了诱导空穴的锡空位等陷阱态,成功压制了自掺杂并稳定了局部化学计量比,从而制备出具有优异传输特性、高开关比(10⁸)以及接近零的阈值电压(~5 V)的 p 沟道薄膜晶体管(TFTs)。此外,原位形成的富 KI 层充当了牢固的自钝化与耐热屏障,使器件在 100 °C 下能稳定运行超过 1 个月,并赋予了其在空气环境中可逆的抗氧化与电学恢复能力。研究成果以Tin perovskite transistors stabilized through volatile coordination为题发表于Nature。


核心创新点

提出挥发辅助配位的表面重构新策略:突破了以往主要依赖埋底界面钝化或体相缺陷补偿的常规手段,巧妙利用了醋酸根阴离子的瞬态配位与特定副产物的热挥发特性,直接实现了对亚稳态锡基钙钛矿表面缺陷化学的直接调节与自限性清除。

构筑了高质量、共形的原位化学取代钝化层:利用放热的取代反应在活性表面原位优先生成均匀且紧密结合的宽带隙 KI 保护层。通过热退火驱动副产物醋酸锡彻底挥发,避免了直接物理蒸发 KI 因晶格失配而导致的局部岛状团聚问题。

精准调控电子结构并有效抑制自 p 型掺杂:通过消除引发空穴的表面锡空位及缺陷,使薄膜的功函数降低、费米能级上移,有效消除了 parasitic 反面沟道导电,促使器件向更理想的增强型工作模式转变。

实现了兼具优异电学性能与高热/环境稳定性的锡基晶体管:基于该技术制备的 TFT 器件不仅实现了 >10⁸ 的高开关比、较低的亚阈值摆幅和优异的晶圆级高均匀性,更在 100 °C 高温氮气下持续运行 1 个月以上无明显电流漂移,并在空气暴露后展现出独特的、可逆的电学恢复行为。


图1.KAc 驱动表面重构的机理。


图2.原始与 KAc 处理 CsSnI₃ 薄膜的结构与表面表征


图3.原始与 KAc 处理 CsSnI₃ TFT 的电学特性


图4.KAc 处理 TFT 的环境稳定性

论文地址:

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10714-1

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