一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種技術(shù)，該技術(shù)首次將單晶混合鈣鈦礦材料集成到電子產(chǎn)品中。因?yàn)檫@些鈣鈦礦可以在低溫下合成，所以這一進(jìn)步為靈活電子產(chǎn)品的新研究打開(kāi)了大門(mén)，并可能降低電子設(shè)備的制造成本。

混合鈣鈦礦材料含有有機(jī)和無(wú)機(jī)成分，可以用油墨合成，使其適合大面積卷對(duì)卷制造。這些材料是用于太陽(yáng)能電池，發(fā)光二極管(LED)和光電探測(cè)器的廣泛研究的主題。然而，將單晶混合鈣鈦礦結(jié)合到更經(jīng)典的電子器件(例如晶體管)中存在挑戰(zhàn)。

單晶混合鈣鈦礦是優(yōu)選的，因?yàn)閱尉Р牧媳榷嗑Р牧暇哂懈硐氲男阅?多晶材料含有更多的缺陷，對(duì)材料的電子特性產(chǎn)生不利影響。

將單晶混合鈣鈦礦結(jié)合到電子器件中的挑戰(zhàn)源于這樣的事實(shí)：當(dāng)使用常規(guī)技術(shù)合成時(shí)，這些宏觀晶體具有粗糙的不規(guī)則邊緣。這使得難以與其他材料集成，使得材料在電子設(shè)備中形成必要的高質(zhì)量接觸。

研究人員通過(guò)在兩個(gè)層壓表面之間合成混合鈣鈦礦晶體來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，基本上創(chuàng)造了單晶混合鈣鈦礦夾層。鈣鈦礦符合上下材料，使材料之間形成清晰的界面?；搴透舶?，三明治中的“面包”可以是從玻璃載玻片到已經(jīng)嵌入電極的硅晶片的任何東西 - 產(chǎn)生現(xiàn)成的晶體管或電路。

研究人員可以通過(guò)選擇用于鈣鈦礦化學(xué)成分的不同鹵化物來(lái)進(jìn)一步微調(diào)鈣鈦礦的電學(xué)性質(zhì)。鹵化物的選擇決定了材料的帶隙，這會(huì)影響所得半導(dǎo)體的顏色外觀，并且當(dāng)使用高帶隙鈣鈦礦時(shí)會(huì)導(dǎo)致透明且甚至不易察覺(jué)的電子器件。

“我們已經(jīng)展示了使用在環(huán)境空氣中制造的單晶混合鈣鈦礦材料制造工作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的能力，”Aram Amassian說(shuō)道，該工作論文的通訊作者兼北卡羅來(lái)納州材料科學(xué)與工程副教授。

“這是有趣的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的單晶材料必須在超高真空，高溫環(huán)境下制造，并且通常需要精細(xì)的外延生長(zhǎng)，”Amassian說(shuō)。“混合鈣鈦礦可以在溫度低于100攝氏度的環(huán)境空氣中從溶液中生長(zhǎng)，主要是從油墨中生長(zhǎng)。這使得它們從成本和制造的角度來(lái)看具有吸引力。它還使它們與柔性塑料基材兼容，這意味著它們可能應(yīng)用于柔性電子產(chǎn)品和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)。

“也就是說(shuō)，這里仍存在重大挑戰(zhàn)，”阿馬西斯說(shuō)。“例如，目前的混合鈣鈦礦含有鉛，這是有毒的，因此不適合像可穿戴電子產(chǎn)品這樣的應(yīng)用。但是，正在研究開(kāi)發(fā)不含鉛或甚至完全不含金屬的混合鈣鈦礦。這是一個(gè)令人興奮的研究領(lǐng)域，我們認(rèn)為這項(xiàng)工作是這些材料設(shè)備集成的重要一步，從而促進(jìn)了新技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展。“