Результаты, опубликованные в Интернете на этой неделе в раннем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences, представляют собой явную проблему для дисплеев с квантовыми точками, которые полагаются на традиционные полупроводниковые нанокристаллы для излучения света. Это также может повлиять на разработку новых приложений в оптоэлектронике, фотовольтаике, наноскопических лазерах и сверхчувствительных фотодетекторах, среди прочего.
Исследователи использовали электронно-лучевую литографию для изготовления гетеропереходов из галогенидных перовскитных нанопроволок — стыков двух разных полупроводников. В приложениях устройств гетеропереходы определяют уровень энергии и характеристики запрещенной зоны и поэтому считаются ключевым строительным блоком современной электроники и фотоэлектрических элементов.
Исследователи отметили, что решетка в галогенидных перовскитах удерживается вместе ионными, а не ковалентными связями. В ионных связях атомы с противоположными зарядами притягиваются друг к другу и передают электроны друг другу. Ковалентные связи, напротив, возникают, когда атомы делятся своими электронами друг с другом.«С неорганическим галогенидным перовскитом мы можем легко поменять местами анионы в ионных связях, сохраняя при этом монокристаллическую природу материалов», — сказал главный исследователь исследования Пейдун Янг, старший научный сотрудник отделения материаловедения лаборатории Беркли. «Это позволяет нам легко изменять структуру и состав материала.
Вот почему галогенидные перовскиты считаются полупроводниками с мягкой решеткой. Ковалентные связи, напротив, относительно устойчивы и требуют больше энергии для изменения.
Наше исследование в основном показало, что мы можем в значительной степени изменить состав любого сегмента этого мягкого полупроводника ».В этом случае исследователи протестировали перовскит галогенида цезия-свинца, а затем использовали обычную технику нанопроизводства в сочетании с анионообменной химией, чтобы заменить галогенид-ионы на перовскиты иодида, бромида и хлорида цезия-свинца.Каждое изменение приводило к излучению разного цвета.
Более того, исследователи показали, что на одной нанопроволоке можно создать несколько гетеропереходов. Им удалось добиться размера пикселя до 500 нанометров, и они определили, что цвет материала можно настраивать во всем диапазоне видимого света.Исследователи заявили, что метод обработки этого класса мягких полупроводников с ионной связью намного проще, чем методы, используемые для производства традиционных коллоидных полупроводников.«Для обычных полупроводников изготовление перехода довольно сложно и дорого», — сказал соавтор исследования Летиан Доу, который проводил работу в качестве постдокторанта в лаборатории Янга. «Для контроля роста материалов и легирования обычно используются высокие температуры и вакуум.
Точный контроль состава и свойств материалов также является сложной задачей, поскольку обычные полупроводники« жесткие »из-за сильной ковалентной связи».Чтобы заменить анионы в мягком полупроводнике, материал замачивают в специальном химическом растворе при комнатной температуре.«Это простой процесс, и его очень легко масштабировать», — сказал Янг, который также является профессором химии в Калифорнийском университете в Беркли. «Вам не нужно проводить долгие часы в чистой комнате, и вам не нужны высокие температуры».
Исследователи продолжают улучшать разрешение этих мягких полупроводников и работают над их интеграцией в электрическую цепь.