將鈣鈦礦集成到半導(dǎo)體制備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝中。在這項(xiàng)研究中，工程師們?cè)O(shè)計(jì)了一種光刻掩模圖案，控制橫向和縱向尺寸，開發(fā)出了一種控制鈣鈦礦單晶生長(zhǎng)的方法（圖1）。

圖1. 光刻掩模法外延生長(zhǎng)鈣鈦礦單晶

溶液光刻輔助外延生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移策略

在基礎(chǔ)上（圖1），進(jìn)一步開發(fā)了**、地控制鈣鈦礦單晶器件生長(zhǎng)和制造的方法—溶液光刻輔助外延生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移策略，用于任意襯底上制備單晶雜化鈣鈦礦薄膜。

圖2是溶液的光刻輔助外延生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移策略制造單晶鈣鈦礦的過(guò)程示意圖及其實(shí)物和相應(yīng)單晶質(zhì)量表征。

研究人員使用雜化鈣鈦礦晶體（例如MAPbI3）作為外延生長(zhǎng)雜化鈣鈦礦單晶的襯底，其次，使用一層2μm的圖案化聚合物（例如對(duì)二甲苯）作為生長(zhǎng)掩模，然后，利用光刻技術(shù)在雜化鈣鈦礦塊狀晶體的襯底上蝕刻掩模圖案以控制超薄晶體膜的生長(zhǎng)。后，將單晶層從塊狀晶體襯底上剝落，并在保持其形狀以及對(duì)襯底的粘附性的同時(shí)能夠轉(zhuǎn)移到任意襯底上。隨后通過(guò)對(duì)該雜化單晶薄膜的結(jié)構(gòu)、電學(xué)、光學(xué)等分析表征也充分證明了其**的單晶和光電學(xué)性能。

圖2. 溶液光刻輔助外延生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移策略制備單晶雜化鈣鈦礦薄膜

進(jìn)一步地，如圖3所示，該單晶薄膜能夠被轉(zhuǎn)移到彎曲的普通襯底上，尺寸約為1cm×1 cm×2μm，鈣鈦礦位于夾在兩層材料之間的中性機(jī)械平面上，從而使得薄膜可以彎曲。通過(guò)相應(yīng)上百次的機(jī)械疲勞試驗(yàn)測(cè)試、光學(xué)顯微分析以及電學(xué)分析發(fā)現(xiàn)了其厚度依賴的機(jī)械柔性和載流子輸運(yùn)規(guī)律。

這種柔性及優(yōu)良的載流子輸運(yùn)特征使得該單晶膜能夠融合到**柔性薄膜太陽(yáng)能電池以及可穿戴設(shè)備中，用于實(shí)現(xiàn)無(wú)源無(wú)線器件。

圖3. 單晶雜化鈣鈦礦薄膜機(jī)械柔性及載流子輸運(yùn)厚度依賴

隨后，研究團(tuán)隊(duì)利用鉛-錫組成成分逐漸變化的生長(zhǎng)溶液進(jìn)行雜化單晶雜化鈣鈦礦的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)梯度帶隙變化的單晶雜化鈣鈦礦薄膜（圖4）。通過(guò)光學(xué)、SEM和電學(xué)相應(yīng)分析表征證明了**梯度帶隙變化的單晶雜化鈣鈦礦薄膜。

圖4. 梯度組成帶隙調(diào)控單晶雜化鈣鈦礦薄膜生長(zhǎng)

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