近日，東南大學徐曉寶/雷威的多維探測與智能識別團隊開發出一種六英寸高純度鉛鹵鈣鈦礦(APbX?，A=MA?、FA?、Cs?；X=I?、Br?、Cl?)晶圓制備工藝，解決了鈣鈦礦大面積均勻性與缺陷控制的難題，實現了晶圓級異質結構工程，推動了高性能輻射成像系統的實際應用。相關成果以《基于陶瓷制造技術制備的六英寸高純度鹵化鉛鈣鈦礦晶圓》(“Six-Inch High-Purity Lead Halide Perovskite Wafer Derived from Ceramic Manufacturing Technique”)為題發表在Advanced Functional Materials上。
 

　　圖1 (a)透明晶圓的制備原理；(b) 6英寸透明晶圓及透明晶圓異質結；(c)透明晶圓異質結的均一性及成像效果

 

　　鉛鹵鈣鈦礦材料因其優異的光學特性和低成本優勢，在太陽能電池、輻射探測、發光顯示等眾多光電子領域極具潛力，但其產業化面臨核心瓶頸：缺乏標準化大尺寸晶圓制造技術。相較于成熟的硅基晶圓工藝，鈣鈦礦現有方法難以制備大面積、高質量單晶晶圓——熔體生長法不適用于熱不穩定材料，常用溶液法則在可擴展性和重現性上受限。多晶晶片加工是制備大面積晶圓的有前景路徑，其性能已展現出競爭力，但現有多晶晶圓普遍存在不透明、機械強度差、厚度受限等問題，根源在于微觀結構缺陷(如晶界、孔隙、第二相)。實現鈣鈦礦在高端光學應用中的潛力，亟須攻克大尺寸、兼具高透明度與優良光電性能的晶圓制造難題。
 

　　針對這一難題，東南大學多維探測與智能識別團隊開發出一種六英寸高純度鉛鹵鈣鈦礦(APbX?，A=MA?、FA?、Cs?；X=I?、Br?、Cl?)晶圓制備工藝，其載流子遷移率、壽命及缺陷密度等性能指標媲美單晶材料。該方法具有普適性，可拓展至多種鈣鈦礦體系，并實現異質結晶圓制備。基于該工藝制備的10×10 cm2鈣鈦礦異質結晶圓，成功構建了256×256像素的X射線感知陣列，靈敏度達36532 μC·Gy?1·cm?2，檢測限低至139 nGy·s?1，性能顯著優于單晶探測器(10640 μC·Gy?1·cm?2和247 nGy·s?1)。這一突破為鈣鈦礦光電器件的規模化生產開辟了新路徑，通過晶圓級異質結構工程，有望推動高性能輻射成像系統的實際應用。
 

　　東南大學電子科學與工程學院徐曉寶教授、李青教授、雷威教授為本文的共同通訊作者，博士生劉世林為本文的第一作者。該研究受到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和江蘇省自然科學基金等項目的資助。