用于激光和光电探测器集成的大规模钙钛矿单晶阵列的片上制造方法

图：a、 钙钛矿单晶阵列合成过程示意图。b、 MAPbBr的光学图像? 10×10cm玻璃上制作的单晶阵列。c、 MAPbBr的SEM图像? 单晶阵列。d、 图案化MAPbBr的荧光显微照片? 单晶阵列。资料来源：Zhangsheng Xu, Xun Han, Wenqiang Wu, Fangtao Li, Ru Wang, Hui Lu, Qiuchun Lu, Binghui Ge, Ningyan Cheng, Xiaoyi Li, Guangjie Yao, Hao Hong, Kaihui Liu, and Caofeng Pan

       要实现功能集成和应用，对光电子器件要求极高。金属卤化物钙钛矿由于其优异的光电性能和基于溶液的制备工艺，在光电子器件中显示出良好的应用前景。

       然而，由于钙钛矿材料在极性溶剂中的化学稳定性较差，用于图案化单晶阵列的最常用光刻和蚀刻技术与钙钛矿材料高度不相容，这限制了钙钛矿在光电器件领域的发展。找到一种能够精确控制每个像素并与光电器件阵列对齐的钙钛矿单晶阵列的制备方法非常重要。

       最近，相关研究人员在《Light: Science & Applications》上发表了一篇论文，报告了用于光电器件集成的大规模高质量钙钛矿单晶阵列的SC-ASC方法。

       该方法提供了对钙钛矿单晶阵列的全面控制，包括具有晶体尺寸和位置精度的阵列形状和分辨率，以及大规模阵列配置中单个单晶的面内旋转。所制备的钙钛矿单晶可以作为WGM激光发射的高质量微腔，具有高Q因子2915，和低阈值4.14μJ/cm2。

       由于钙钛矿阵列易于调节以及其优异的均匀性，基于垂直结构的钙钛矿光电探测器阵列已被证明，显示出稳定的动态光行为和成像能力。这种钙钛矿阵列的完全控制生长方法结合了钙钛矿的常规光刻和溶液处理技术，为集成功能光子学和光电子提供了一个可制造平台。

       科学家总结了实现高质量钙钛矿阵列完全受控生长的关键：“衬底工程定义了阵列分辨率和像素位置，空间限制可以调节接触线的提取，以确保在定义的位置只形成一个晶体，而反溶剂辅助结晶提高了每个像素的晶体质量。”

       他们补充道：“SC-ASC是制造大规模单晶钙钛矿阵列的有效方法，因为它结合了传统的光刻工艺。25个钙钛矿阵列已经在10×10cm的玻璃基板上进行了演示。”

       “由于钙钛矿阵列易于调节以及其优异的均匀性，晶体阵列可以直接对准以集成到大规模光电器件中。这一在证明钙钛矿单晶阵列的完全可控片上生长方面的里程碑式突破，可以在视觉传感、光成像和大规模光电器件领域实现前所未有的应用。”

1. Zhangsheng Xu et al, Controlled on-chip fabrication of large-scale perovskite single crystal arrays for high-performance laser and photodetector integration, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01107-4

来源： Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And Physics, CAS