密蘇里科技大學的研究人員發現了一種前所未有的、經濟的方法來製造高性能無機薄膜，或“外延”薄膜，用於製造用於柔性電子、led和太陽能電池的半導體。
這項研究發表在今天的《科學》雜誌上，題為“自旋塗層外延薄膜”。
“我們想出了一個超級簡單的方法，以前從來沒有人用商用自旋塗布機來製作這些薄膜，”傑伊·斯威策博士說，他是密蘇里州科學技術大學化學研究基金會的唐納德·L·卡斯特曼教授。“這是一種廉價且容易獲得的方法，可以製備出具有優異電子和光學性能的單晶狀材料。”
“特別是，我們對鈣鈦礦材料銫溴化鉛的高有序外延沉積的研究，這是一種用於高效光伏太陽能電池的新型半導體，可以提高用這種材料生產的太陽能電池的效率，”卡斯特曼補充說。
外延是晶體或薄膜的生長，其方向由它們所層壓的晶體基底決定。當這些晶體的原子結構與它們的襯底完全一致時，最終的結果就是形成了一種具有優越的電子和光學性能的薄膜，其性能可與更昂貴的單晶相媲美。
外延(A)溴化銫鉛、(B)碘化鉛、(C)氯化鈉和(D)氧化鋅的電子和光學顯微鏡圖像。
到目前為止，自旋塗層主要用於製作光刻聚合物塗層或在基板上沉積有機半導體薄膜，但最終得到的薄膜要麼是多晶的，要麼沒有晶體結構——不是外延結構——具有當今最先進的電子產品所需要的完美水平。
“我們已經學會了用自旋塗層在各種無機基底上製作高度定向的薄膜和納米晶體，”斯威策說。“到目前為止，原子完美的外延薄膜已經由其他幾種方法制成，其中一些非常昂貴，需要超高真空。”
這些方法包括分子束外延(MBE)、化學氣相沉積、液相外延、水熱處理、化學鍍液沉積和電沉積。根據小企業創新研究(SBIR)項目，MBE機器的成本約為100萬美元，更大的生產系統成本更高；斯維澤說，每臺MBE機器只能用於一種材料。其他外延方法受到高溫高壓要求的限制。
在兩年的時間裡，研究小組發現，無機材料的外延膜，如碘化鉛、氧化鋅、氯化鈉和鈣鈦礦晶體結構，可以通過簡單地旋轉塗覆其溶液或材料的前驅體，沉積在單晶或類似的基底上。
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