日前，華東理工大學清潔能源材料與器件團隊自主研發了一種鈣鈦礦單晶晶片通用生長技術，將晶體生長周期由7天縮短至1.5天，實現了30余種金屬鹵化物鈣鈦礦半導體的低溫、快速、可控制備，為新一代高性能光電子器件提供了豐富材料庫。相關成果發表于國際學術期刊《自然·通訊》。
金屬鹵化物鈣鈦礦是一類光電性質優異、可溶液制備的新型半導體材料，在太陽能電池、發光二極管、輻射探測器等器件制造上展現出應用前景。然而，這些器件目前主要采用鈣鈦礦多晶薄膜為光活性材料，其固有缺陷會顯著降低器件性能和使用壽命。若采用缺陷密度僅為多晶薄膜十萬分之一，且兼具優異輸運能力及穩定性的鈣鈦礦單晶晶片，就能制造更高性能的光電子器件。科學家將多晶薄膜與單晶晶片分別比作“碎鉆”和“完美鉆石”，以顯示兩者的優劣。
長期以來，國際上未有鈣鈦礦單晶晶片的通用制備方法，傳統方法僅能以滿足高溫環境、生長速率慢的方式制備幾種毫米級單晶，極大限制了單晶晶片的實際應用。對于鈣鈦礦單晶晶片生長所涉及的成核、溶解、傳質、反應等多個過程，華東理工大學團隊結合多重實驗論證和理論模擬，揭示了傳質過程是決定晶體生長速率的關鍵因素，由此研發了以二甲氧基乙醇為代表的生長體系，通過多配位基團精細調控膠束的動力學過程，使溶質的擴散系數提高了3倍。在高溶質通量系統中，研究人員實現了將晶體生長環境溫度降低60攝氏度，晶體生長速率提高4倍，生長周期由7天縮短至1.5天。
該成果主要完成人之一、華東理工大學教授侯宇舉例說，在70攝氏度下，甲胺鉛碘單晶晶片生長速度可達到8微米/分鐘，一個結晶周期內晶片尺寸可達2厘米，較傳統方法下的4毫米大幅提升。“我們突破了傳統生長體系中溶質擴散不足的技術壁壘，提供了一條更普適、更高效、更低條件的單晶晶片生長路線。”
基于這一突破，團隊組裝了高性能單晶晶片輻射探測器件，不僅可實現自供電輻射成像，避免了高工作電壓的限制，還大大降低了輻射強度，以胸透成像為例，新器件的輻射強度數值僅為常規醫療診斷的百分之一。
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