近日，东南大学徐晓宝/雷威的多维探测与智能识别团队开发出一种六英寸高纯度铅卤钙钛矿(APbX₃，A=MA⁺、FA⁺、Cs⁺;X=I⁻、Br⁻、Cl⁻)晶圆制备工艺，解决了钙钛矿大面积均匀性与缺陷控制的难题，实现了晶圆级异质结构工程，推动了高性能辐射成像系统的实际应用。相关成果以《基于陶瓷制造技术制备的六英寸高纯度卤化铅钙钛矿晶圆》(“Six-Inch High-Purity Lead Halide Perovskite Wafer Derived from Ceramic Manufacturing Technique”)为题发表在Advanced Functional Materials上。
图1 (a)透明晶圆的制备原理;(b) 6英寸透明晶圆及透明晶圆异质结;(c)透明晶圆异质结的均一性及成像效果
铅卤钙钛矿材料因其优异的光学特性和低成本优势，在太阳能电池、辐射探测、发光显示等众多光电子领域极具潜力，但其产业化面临核心瓶颈：缺乏标准化大尺寸晶圆制造技术。相较于成熟的硅基晶圆工艺，钙钛矿现有方法难以制备大面积、高质量单晶晶圆——熔体生长法不适用于热不稳定材料，常用溶液法则在可扩展性和重现性上受限。多晶晶片加工是制备大面积晶圆的有前景路径，其性能已展现出竞争力，但现有多晶晶圆普遍存在不透明、机械强度差、厚度受限等问题，根源在于微观结构缺陷(如晶界、孔隙、第二相)。实现钙钛矿在高端光学应用中的潜力，亟须攻克大尺寸、兼具高透明度与优良光电性能的晶圆制造难题。
针对这一难题，东南大学多维探测与智能识别团队开发出一种六英寸高纯度铅卤钙钛矿(APbX₃，A=MA⁺、FA⁺、Cs⁺;X=I⁻、Br⁻、Cl⁻)晶圆制备工艺，其载流子迁移率、寿命及缺陷密度等性能指标媲美单晶材料。该方法具有普适性，可拓展至多种钙钛矿体系，并实现异质结晶圆制备。基于该工艺制备的10×10 cm²钙钛矿异质结晶圆，成功构建了256×256像素的X射线感知阵列，灵敏度达36532 μC·Gy⁻¹·cm⁻²，检测限低至139 nGy·s⁻¹，性能显著优于单晶探测器(10640 μC·Gy⁻¹·cm⁻²和247 nGy·s⁻¹)。这一突破为钙钛矿光电器件的规模化生产开辟了新路径，通过晶圆级异质结构工程，有望推动高性能辐射成像系统的实际应用。
东南大学电子科学与工程学院徐晓宝教授、李青教授、雷威教授为本文的共同通讯作者，博士生刘世林为本文的第一作者。该研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202506879
