南科大陈锐组在钙钛矿材料的结构自修复及稳定激光输出取得进展

近日，南方 科技 大学电子与电气工程系教授陈锐研究团队针对深能级缺陷对钙钛矿结构的稳定性，通过原子层沉积技术（ALD）将钙钛矿微晶包裹在致密的Al2O3膜中，发现钙钛矿微晶在高温下分解的可挥发性气体能被保留在这密封的微环境中。有趣的是，在样品的温度冷却过程中，分解的挥发性气体在应力和氢键引力的作用下重新合成，结构发生了重结晶的现象。通过激光光谱学的手段进行表征，发现大部分深能级缺陷（Deep level trap states，DLTS）被有效消除，晶体结构得到修复，发光性质与其激射稳定性得到较大的增强。相关研究成果以“Self-Structural Healing of Encapsulated Perovskite Microcrystals for Improved Optical and Thermal Stability”为题，以封面论文形式在国际著名学术期刊 Advanced Materials 发表。

钙钛矿材料具有优异的电学和光学性能，在光电器件领域中具有广泛的应用前景。近十几年来，钙钛矿材料与器件的研究迅速开展，器件的性能也得到了很大的提高。随着研究的深入，人们意识到钙钛矿结构稳定性较差，对其光电器件性能的进一步提高及实际应用上造成了一定的影响。因此，提升钙钛矿基光电器件的性能，先要解决钙钛矿结构稳定性差的问题，其中包覆是最为有效且简单的方式。团队最新的研究发现，钙钛矿结构中深能级缺陷的种类和密度对其结构的稳定性影响较大。团队人员利用致密的Al2O3膜层包裹MAPbBr3微晶，形成一个类真空的微环境。当样品温度高于其升华温度（150 ），材料结构会发生分解形成可挥发的CH3NH2和HBr气体。

由于Al2O3膜层的致密性，分解的气体被有效限制，而当样品温度恢复到室温后，发生了晶体结构的自修复，钙钛矿结构中的大部分深能级缺陷被消除，发光性能得到了增强。实验中研究了样品在强光照射下的稳定性和环境稳定性，并对以此微晶为原型的微型激光器的稳定性做出了研究。发现强光照10h后，经过处理的样品发光强度最大增强了14倍，激光性能稳定性可以维持长达2年。这项研究的开展为提升钙钛矿稳定性和器件性能提供了思路，可以拓展到其他的钙钛矿材料体系中，为推进钙钛矿基光电器件的实际应用做出了贡献。

论文第一作者为课题组博士后李如雪（已出站，现为广西 科技 大学电气与信息工程学院副教授），共同第一作者是深圳技术大学新材料与新能源学院副研究员李波波和长春理工大学副研究员方铉。课题组内的研究生时月晴、刘秀也参与了这项工作。这项研究的共同通讯作者为长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室教授魏志鹏。南科大为论文第一单位。

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202100466

封面链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202170161

1995年研究员，1997 - 2000年任半导体所副所长、半导体超晶格国家重点实验室主任 .2002年 - 2010年任上海微系统与信息技术所长。在低维半导体物理、材料和器件等方面作出了多项十分有意义的工作。创造性地用DLTS方法研究超晶格中的深能级，取得同行公认的结果；作为国内自组织生长量子点研究的开拓者之一，用实验证据消除了人们对量子点激光器的疑虑，发展了一种通过控制量子点纵向尺寸实现受限能级一致性的新途径，大幅度提高了材料的质量，实现了激光波长的控制；建立了国内唯一的SPM－MBE联合系统，在低维材料生长机理研究中取得了有特色的结果。 目前研究领域是微系统技术、量子器件和物理。89年博士论文获巴黎大学校长奖金，92年获王宽诚科研奖金，93年获中国科学院青年科学家奖二等奖，97年入选艾森豪威尔基金研究员(Fellow)，2000年获科学院自然科学一等奖“自组织生长量子点激光器材料和器件研究”（排名第二）、获国家杰出青年基金。在国内外权威刊物发表论文百余篇，被引用200多次 。

2012年10月9日，上海高等研究院院长（任期5年）。

半导体电容-电压技术

电容-电压技术（C-V technique）就是通过测量电容与电压的关系来求得体系的有关性能参量的一种技术。

（1）对单边突变的p+-n结，其势垒电容C与电压V之间的关系可表示为：1/C2 = 2（ Vbi –V）/（qεNdA2 ），则可通过测量1/C2~V关系曲线的斜率和截距来求得n型一边的掺杂浓度Nd和结的内建电势Vbi 。对线性缓变结， 也可以通过测量1/C3~V关系曲线来求得Nd和Vbi 。

对于一般的p-n结或者金属-半导体接触，也可通过C-V曲线的测量来得到轻掺杂一边的杂质浓度的分布N（W） ： N（W） = （2/qA2ε） [d（1/C2）/dV] 。

（2）对于MOS系统，通过其高频C-V特性曲线的测量（或者再加热测量）还可以得到其中的界面态和固定的与可动的电荷的数量；在MOS器件及其IC的制造过程中，C-V测量技术已经成为了一种常规的检测手段，用来监控工艺的质量。

此外，通过测量瞬态的C-V关系（例如深能级瞬态谱[DLTS]技术），还可以获得关于系统中界面态的信息。

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