技術允許將單晶混合鈣鈦礦結合到電子器件中

一個國際研究團隊開發出一種技術，該技術首次將單晶混合鈣鈦礦材料集成到電子產品中。因為這些鈣鈦礦可以在低溫下合成，所以這一進步為靈活電子產品的新研究打開了大門，并可能降低電子設備的制造成本。

混合鈣鈦礦材料含有有機和無機成分，可以用油墨合成，使其適合大面積卷對卷制造。這些材料是用于太陽能電池，發光二極管(LED)和光電探測器的廣泛研究的主題。然而，將單晶混合鈣鈦礦結合到更經典的電子器件(例如晶體管)中存在挑戰。

單晶混合鈣鈦礦是優選的，因為單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，對材料的電子特性產生不利影響。

將單晶混合鈣鈦礦結合到電子器件中的挑戰源于這樣的事實：當使用常規技術合成時，這些宏觀晶體具有粗糙的不規則邊緣。這使得難以與其他材料集成，使得材料在電子設備中形成必要的高質量接觸。

研究人員通過在兩個層壓表面之間合成混合鈣鈦礦晶體來解決這個問題，基本上創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。基板和覆板，三明治中的“面包”可以是從玻璃載玻片到已經嵌入電極的硅晶片的任何東西 - 產生現成的晶體管或電路。

研究人員可以通過選擇用于鈣鈦礦化學成分的不同鹵化物來進一步微調鈣鈦礦的電學性質。鹵化物的選擇決定了材料的帶隙，這會影響所得半導體的顏色外觀，并且當使用高帶隙鈣鈦礦時會導致透明且甚至不易察覺的電子器件。

“我們已經展示了使用在環境空氣中制造的單晶混合鈣鈦礦材料制造工作場效應晶體管的能力，”Aram Amassian說道，該工作論文的通訊作者兼北卡羅來納州材料科學與工程副教授。

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

“也就是說，這里仍存在重大挑戰，”阿馬西斯說。“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品這樣的應用。但是，正在研究開發不含鉛或甚至完全不含金屬的混合鈣鈦礦。這是一個令人興奮的研究領域，我們認為這項工作是這些材料設備集成的重要一步，從而促進了新技術應用的發展。“