[發(fā)明專利]一種混合維度復(fù)合鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應(yīng)用、光敏薄膜晶體管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110411942.9
• 申請(qǐng)日: 2021-04-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113130767A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李娟;楊上;周舟;郭寧;蔡宏琨;倪牮;張建軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開(kāi)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉丹丹

本發(fā)明屬于光敏薄膜晶體管技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種混合維度復(fù)合鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應(yīng)用、光敏薄膜晶體管。本發(fā)明提供了一種混合維度復(fù)合鈣鈦礦薄膜，包括層疊設(shè)置的三維有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦層和二維有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦層；三維有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦層的化學(xué)組成為：ABX₃，A為有機(jī)胺陽(yáng)離子，B為IVA族金屬陽(yáng)離子，X為鹵素陰離子；二維有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦層的化學(xué)組成為：(PEA)₂(MA)_n?1Pb_nI_3n+1，n正整數(shù)。實(shí)施例表明，本發(fā)明提供的混合維度復(fù)合鈣鈦礦薄膜14天XRD圖譜無(wú)變化，吸收光譜無(wú)變化，光電流無(wú)變化，環(huán)境穩(wěn)定性高；以混合維度復(fù)合鈣鈦礦薄膜為有源溝道層得到的光敏薄膜晶體管光電性能優(yōu)良。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光敏薄膜晶體管技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種混合維度復(fù)合鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應(yīng)用、光敏薄膜晶體管。

背景技術(shù)

光敏薄膜晶體管是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)原理制成的電子器件，本質(zhì)上是能實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)化，廣泛應(yīng)用于光探測(cè)、光通信、平板顯示、傳感器等領(lǐng)域。根據(jù)光敏薄膜晶體管有源溝道層材料的不同，可分為有機(jī)薄膜晶體管和無(wú)機(jī)薄膜晶體管兩類。無(wú)機(jī)光敏薄膜晶體管的器件性能優(yōu)越，具有場(chǎng)效應(yīng)遷移率高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)和制備工藝成熟等優(yōu)勢(shì)，但復(fù)雜而昂貴的制備工藝、較差的柔韌性和高驅(qū)動(dòng)電壓限制了它們更廣泛的應(yīng)用。與無(wú)機(jī)光敏薄膜晶體管相比，有機(jī)光敏薄膜晶體管制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，可大面積生產(chǎn)，適合制備柔性電子器件，但載流子遷移率較低，不利于光敏薄膜晶體管中光生載流子的傳輸，影響器件的光響應(yīng)。

有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料兼?zhèn)錈o(wú)機(jī)材料高載流子遷移率(電子和空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度且高達(dá)1μm)，良好的光吸收特性和有機(jī)材料易加工的特點(diǎn)。三維(3D)有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)型鈣鈦礦ABX₃的衍生型結(jié)構(gòu)，其中A被有機(jī)胺陽(yáng)離子取代，B是金屬陽(yáng)離子，X是鹵素陰離子(F^-，Cl^-，Br^-，I^-)，雖然具有優(yōu)良的性能，但在濕度環(huán)境下材料極易分解失效，穩(wěn)定性差。二維(2D)有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料是由被包裹在兩個(gè)疏水性有機(jī)層之間的層狀鈣鈦礦量子阱組成，有機(jī)層和無(wú)機(jī)層交替，稱為Ruddlesden-Popper(RP)相(四方鈣鈦礦的共生型結(jié)構(gòu))，其中，有機(jī)大分子間隔層多為疏水性強(qiáng)的有機(jī)長(zhǎng)鏈胺離子，因此，中間的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦層被有機(jī)疏水性大分子間隔開(kāi)，相當(dāng)于“內(nèi)部封裝”，使得二維有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料的環(huán)境穩(wěn)定性顯著提高。但由于二維有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦中存在不導(dǎo)電的大尺寸有機(jī)胺，使得電荷的傳輸受到限制，阻礙了器件性能的進(jìn)一步提高；同時(shí)，二維鈣鈦礦材料較三維材料帶隙變寬，且光吸收減弱，造成器件光敏性的下降；此外二維量子阱的能量限制效應(yīng)使形成的光激子具有較高的束縛能(約300MeV，三維結(jié)構(gòu)量子阱為10～50MeV)而難以分離成自由載流子。

目前的二維或三維復(fù)合材料無(wú)法兼顧材料穩(wěn)定性和器件光電性能。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種混合維度復(fù)合鈣鈦礦薄膜，具有光吸收范圍寬、載流子遷移率高、光敏性能優(yōu)良且材料穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種混合維度復(fù)合鈣鈦礦薄膜，包括層疊設(shè)置的三維有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦層和二維有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦層；

所述三維有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦層的化學(xué)組成為：ABX₃，A為有機(jī)胺陽(yáng)離子，B為IVA族金屬陽(yáng)離子，X為鹵素陰離子；

所述二維有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦層的化學(xué)組成為：(PEA)₂(MA)_n-1Pb_nI_3n+1，n為正整數(shù)。

優(yōu)選的，所述混合維度復(fù)合鈣鈦礦薄膜的厚度為300～500nm。