上海科技大學物質科學與技術學院教授於奕課題組與美國普渡大學研究團隊合作，在新型半導體異質結研究中取得重要進展，首次成功製備並表征了二維鹵化物鈣鈦礦橫向外延異質結。該研究成果論文4月29日在線發表於《自然》。
鹵化物鈣鈦礦材料作為一類近年來引起廣泛關注的新興半導體，在太陽能電池、發光二極體、雷射等領域展示出巨大的應用前景。同時，與傳統的共價半導體不同，鹵化物鈣鈦礦材料對缺陷的容忍度很高，因此在異質結的構建以及進一步器件的大規模集成方面具有得天獨厚的優勢。
在構建鹵化物鈣鈦礦半導體異質結的道路上，有兩個科學難題一直在國際上沒有得到解決。一方面由於該材料易發生離子擴散，難以獲得高質量的原子級平整的異質介面。另一方面，鹵化物鈣鈦礦對空氣、水分、電子束輻照等因素十分敏感，其微觀結構解析、特別是原子結構成像困難重重。缺乏原子結構信息的指導，材料的精準構築與性能設計難以開展。
為此，研究人員通過在材料製備過程中引入剛性有機配體來抑制離子擴散，成功製備了二維有機—無機雜化鹵化物鈣鈦礦橫向異質結；發展了低劑量像差校正電子顯微技術，首次揭示了二維橫向異質結的介面原子結構，直接有力地證實了成功獲得了原子級平整介面。
同時，於奕團隊經過長時間的摸索與多次的嘗試與改進，最終找到了一種優化的低劑量成像方法，首次實現了輻照敏感的二維橫向異質結原子結構解析。這一突破提供的介面原子結構、缺陷構型以及晶格應變等的準確信息，為這類新型半導體異質結的微觀結構設計提供了最為直觀的指導。在這些研究發現基礎上，整個研究團隊進一步通力合作，成功展示了新型異質結原型器件中的整流效應，驗證了這類新型半導體走向應用的前景。（來源：中國科學報 黃辛）
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2219-7
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