鈣鈦礦(Perovskite)基材已被拉攏到太陽(yáng)能光伏效應(yīng)(PV)的太陽(yáng)能電池(SolarCell)產(chǎn)業(yè)，這是由于基于鈣鈦礦材料將輕易制造對(duì)抗溫室效應(yīng)的解決方案，加上該材料的轉(zhuǎn)換效率從2009年僅僅3.8%提升到2014年超過(guò)20%，因此鈣鈦礦材料制作而成的太陽(yáng)能電池，在2016年可望進(jìn)入商用市場(chǎng)。

鈣鈦礦也有很多其他的可調(diào)諧半導(dǎo)體特性，如高溫超導(dǎo)(High-temperatureSuperconductivity)、龐大的磁阻、鐵電，以及多樣化的磁性與光電性能。這讓研究人員思考--若是矽太陽(yáng)能電池可以也被制作成不同的半導(dǎo)體晶片，為何鈣鈦礦基材不行呢？

早期研究人員曾嘗試從材料制造場(chǎng)效電晶體(FET)，然而得到“有限的成功”，這是根據(jù)位于北卡羅來(lái)納州溫斯頓-塞勒姆的維克森林大學(xué)(WakeForestUniversity)教授OanaJurchescu的研究結(jié)果，Jurchescu教授也聲稱(chēng)他的研究小組是第一個(gè)成功利用鈣鈦礦鹵化物(Halide-Perovskite)制作出場(chǎng)效電晶體的團(tuán)隊(duì)。這可能在靈活性、低成本、低功耗的光電半導(dǎo)體開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新紀(jì)元，類(lèi)似于互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)在彈性的基板上處理光訊號(hào)。

CH3NH3PbI3-xClx混合鈣鈦礦鹵化物晶體結(jié)構(gòu)。鉛(黃色球)和鹵化物(I/CI，粉紅球)各別位在八面體的中心和角部，有機(jī)陽(yáng)離子則位于空隙。

“混合鈣鈦礦鹵化物場(chǎng)效電晶體(HHP-FET)能促進(jìn)光電互補(bǔ)的發(fā)展?！盝urchescu教授告訴EETimes。他也補(bǔ)充說(shuō)明，這項(xiàng)工作是與猶他州立大學(xué)(UniversityofUtah)共同合作。

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從光學(xué)角度切入，因?yàn)椤鞍l(fā)光二極體(LED)基于這些媲美市場(chǎng)上最好的化合物?！边@是根據(jù)Jurchescu教授的說(shuō)法。此外，HHP-FET半導(dǎo)體也可表現(xiàn)出波長(zhǎng)可調(diào)光致發(fā)光(Photoluminescence，PL)發(fā)射，包括制造電泵浦雷射，以及有擴(kuò)散長(zhǎng)度數(shù)百微米的電荷載體。該材料具有自旋相關(guān)(Spin-related)屬性，盡管基于較強(qiáng)的自旋-軌跡(Spin-orbit)耦合而有相對(duì)短的自旋壽命。

好消息是，Jurchescu教授能夠以同樣的載體流動(dòng)性，展示互補(bǔ)的N型(N-type)與P型(P-type)元件，讓類(lèi)CMOS(CMOS-like)鈣鈦礦半導(dǎo)體能在未來(lái)問(wèn)世。壞消息則是，Jurchescu教授目前的原型顯示出一個(gè)1cm2/Vs電子遷移率，相較于矽材料的1,400cm2/Vs的電子離動(dòng)率，可說(shuō)慘澹許多。然而，理論上HHP-FET最大的電子遷移率是2,000cm2/Vs--即使高過(guò)矽，但卻伴隨著300cm2/Vs的空穴遷移率(與矽材料的450cm2/Vs相比)。研究人員也發(fā)現(xiàn)HHP-FET在良率、可運(yùn)作性及環(huán)定穩(wěn)定性也比不上矽，這或許可從任何新的半導(dǎo)體材料預(yù)料得到。

“如同你指出的，在我們的HHP-FET得到的流動(dòng)性比那些矽材料的紀(jì)錄還低?！比欢@些材料仍具有其他幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。其中一個(gè)優(yōu)勢(shì)是比起矽制程，其相容性允許裝置可在低成本和一般環(huán)境條件下制造，如同沉積在任何類(lèi)型的基板，包含彈性和可撓曲基板。此外，平衡空穴和電子傳輸建議方面，在互補(bǔ)光電應(yīng)用中，這些材料是可被結(jié)合的，因?yàn)檫@樣的性能水準(zhǔn)就已足夠。最后，這僅僅是最原始的第一代裝置，其被預(yù)測(cè)的流動(dòng)率數(shù)值就已相當(dāng)優(yōu)越，我敢肯定，也許透過(guò)更好的工程裝置，流動(dòng)性將能有所改善。