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如下图所示: Science这篇文章对于单晶外延的证明

2019-07-28 18:57 网络整理 地市新闻 编辑:唐宇 浏览数:草根网

 可以毫不夸张地说,甩涂法是现代微电子工业的根基。用于集成电路微加工的光刻胶,就是甩涂上去的,工艺简单、...

本原:知社学术圈

美东工夫4月11日中午,Science杂志在线发表一篇研究论文,问题就四个字:Spin coating epitaxial film。单晶外延膜,现在甩着做!另附专家点评。

能够绝不夸大地说,甩涂法是今世微电子工业的根本。用于集成电路微加工的光刻胶,就是甩涂上去的,工艺简略、代价便宜、用途广泛、影响深远。然而,甩涂法成膜,通常是不定型或者众晶的。念要取得如下图所示的与衬底晶格匹配的单晶外延膜,极度艰巨,往往需求借助气相沉积、分子束外延等伎俩,设备昂贵、工艺繁杂,难以应用于大范围的工业生产。

这篇Science论文显示,单晶外延膜,也能够用简略的甩涂法在单晶衬底上制备,其机理如下图所示,溶液甩涂变成的边境层推动非平均形核,而被吸引到衬底理论的有序阴离子层能进一步降低形核活化能。跟着溶胶蒸发,溶液达到过饱和而成核,带来厚度偏差的浓度梯度及相应的离子扩散,从而推动薄膜生长。

作者在不同的衬底上长了不同的外延膜,包括无机钙钛矿CsPbBr3,PbI2,NaCl,和ZnO等,如下图所示。从电镜照片看,CsPbBr3和NaCl都是分立长在衬底上变成阵列,但面内取向受衬底限定,保持一致。

值得一提的是,Science作者在前言中提到有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3等,是最有潜力的下一代光伏武艺,但他们长出来的却是PbI2。这可能是由于CH3NH3PbI3结构不稳定,易于分解为PbI2造成的。知社此前曾经报道,北大高鹏课题组与合作者通过TEM证实了CH3NH3PbI3分解为PbI2的原子尺度机制和路径:

也需求指出,高鹏课题组用到的是石家庄铁道大学赵晋津课题组自生长的CH3NH3PbI3单晶膜。这个单晶膜直接生长在FTO/TiO2众晶衬底上,极度特殊,也比较稳定,发在国刊Science Bulletin上:

Science Bulletin这篇文章所报道的CH3NH3PbI3单晶膜,质料相当的高,而且能直接做成太阳能电池器件,生长工艺也很简略,大家有趣味能够参考。其对单晶结构的证明,动用了一系列伎俩,包括高分辨透射电镜、同步辐射光源等,如下图所示:

Science 这篇文章对于单晶外延的证明,都是基于XRD,数据显示面外面内取向均保持一致。

这是一篇有意思的Science任务,而甩涂法也将为单晶外延薄膜大范围的工业化应用带来可能。Science同期就发表题为New way of crafting crystals could speed up flexible electronics的亮点展示,称:

Now, researchers report today in Science that they can “supersaturate” these liquids with precursor compounds, so that as they spin, they form multiple crystals that fuse together into one, unbroken crystal (seen above in an alloy of cesium, lead, and bromine)。 The new approach, they suggest, could improve light harvesting in solar cell materials called perovskites and ramp up the speed and performance of flexible electronic devices integrated into everything from curved car dashboards to fabrics。

不过题层次要害,照旧奈何在相对繁杂的功用材料体系完成大面积高质料的单晶外延膜溶液法制备,如有机无机杂化钙钛矿等,确认其成分、结构、和物性,并用于功用器件。对此,美国阿贡尝试室物理学家周华博士向知社介绍说:

”比照成熟的半导体微电子工艺,这个任务所呈现的薄膜质料还远远不能称为高质料的外延薄膜(更谈不上与衬底晶格完善的匹配,比对Si/Ge,GaAs和GaN等几代半导系通通),厉格地说只是受衬底晶向诱导的高度取向外延。但对于基于速捷简便的溶液旋涂生长方式来说,这确实是令人鼓励的希望。文中提及的利用溶液蒸发过饱和完成有序的阴离子吸附层从而推动界面的异相形核是比较有开辟性的思路。相信后续会有很众延展性的任务。另外,在不断促进和完成大面积高质料的单晶外延膜溶液法制备进程中,普通尝试室的一般X-ray设备就很难供应速快和高通量的成分/结构/缺陷等新闻的表征了。基于同步辐射大装置上的中高能X-ray原位表征束线能够在这个进程中发挥巨大的推进感化。“

后续展开奈何,让我们拭目以待。

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