麻省理工学院研究团队开发出新型半导体材料系列

超稳定薄膜由具有特定晶体结构的钡、锆和硫组成

麻省理工学院的工程师报告说，他们创造了新的半导体材料系列的第一批高质量薄膜。首席研究员Rafael Jaramillo 多年来一直痴迷于追求这一壮举，因此将其称为他的“白鲸”，如果历史重演，它有可能影响多个技术领域。制作其他半导体系列的高质量薄膜的能力催生了计算机、太阳能电池、夜视摄像机等。

在引入一种新材料时，“只有当我们能够获得最高质量的材料时，才能实现最重要的科学突破。” 麻省理工学院（MIT）托马斯·洛德（Thomas Lord）材料科学与工程副教授贾拉米洛（Jaramillo）表示，“研究低质量的材料往往会导致对其科学兴趣和技术潜力的错误否定。”

Jaramillo 说，这种被称为硫属化物钙钛矿的半导体可以应用于太阳能电池和照明。然而，他指出，“半导体研究的历史表明，新的半导体系列通常以不可预测的方式实现。”

Jaramillo 对新材料的潜力感到兴奋，因为它们非常稳定，并且由廉价、无毒的元素制成。他的团队制作的薄膜由具有特定晶体结构的钡、锆和硫组成，“原型硫属化物钙钛矿，” Jaramillo 说。 “你可以通过改变成分来做出变化。所以它确实是一个材料系列，而不仅仅是一次性的。”

这项研究计划于 2021 年 11 月的第一周发表在《高级功能材料》杂志上。它已经可以在线获取。

早在20世纪50年代，法国化学家就制造了硫属化物钙钛矿。 Jaramillo 说，类似的工作在 80 年代和 90 年代初重复进行，但“这些材料将成为有用半导体的想法直到 2010年代初才出现”。就在那时，Jaramillo 和其他一些人——包括当时的博士后 Jayakanth Ravichandran 和 Joseph Bennett——独立地发现了他们的潜力。如今，Ravichandran 和 Bennett 分别是南加州大学和马里兰大学巴尔的摩县的教授； Jaramillo 将两人视为朋友。Ravichandran 也是Jaramillo在哈佛大学做博士后时认识的，他也追求创造高质量硫系钙钛矿薄膜的目标，尽管采用了不同的方法。 Ravichandran 最近也取得了成功；一篇报告他团队工作的论文发表在《材料化学》杂志上。

他们是如何做到的

Jaramillo 及其同事使用 MBE 来制作他们的高质量薄膜。该技术允许对晶体生长进行原子级控制，但“这是极其困难的，并且[使用新材料]不能保证成功，”Jaramillo 说。尽管如此，“半导体技术的历史表明了开发 MBE 的价值。这就是为什么值得尝试。”

另一个因素进一步加剧了这项工作的艰巨：“制造硫属化物所需的化学品很糟糕。它们很臭，而且会堵塞设备，”Jaramillo 说。 MBE 在真空室中进行，Jaramillo 回忆起人们不愿意让他的团队进入他们的房间。

没有参与这项工作的东京工业大学教授 Hideo Hosono 说，“由于原子级平坦的表面和卓越的质量，[由 Jaramillo 等人制造的] 薄膜显示出镜面光滑的图像。我们可能会在下一期出版物中期待太阳能电池和绿色 LED 等器件制造的实现。”

“这几乎是个下一步不是什么的问题，”Jaramillo 说。 “现在我们可以制造这些高质量的材料，我们几乎没有可以做的测量，这对广泛的人群来说是不感兴趣的。”目前，他的团队专注于两个领域：探索基本问题以更好地了解材料，以及将它们集成到太阳能电池中。在加入麻省理工学院之前的一次博士后任命中，Jaramillo 研究太阳能电池，因此“我将能够充分利用我当时所做的工作。”

参考资料

'Making BaZrS3 Chalcogenide Perovskite Thin Films by Molecular Beam Epitaxy' by Ida Sadeghi et al; Advanced Functional Materials 16 August 2021

声明：本篇文章属于原创，拒绝转载，如果需要转载，请联系我们，联系电话：0755-25988571。