晶体管是放大和控制大多数现有电子设备内部电流的电子元件。浦项科技大学和中国电子科技大学的研究人员最近设计并实现了使用金属卤化物钙钛矿 CsSnI 3的高性能晶体管。

这些晶体管发表在Nature Electronics上的一篇论文中展示了高场效应空穴迁移率和开/关电流比，以及高运行稳定性。未来，它们可用于创建 OLED 显示器的驱动电路，以及各种模拟和数字电路。

“在过去十年中，金属卤化物钙钛矿在光伏电池和发光二极管 (LED) 中的应用得到了非常积极的研究，因为它们具有出色的光电特性、基于溶液的低成本加工和独特的缺陷容限特性，”进行这项研究的研究人员之一 Yong-Young Noh 告诉 TechXplore。“然而，尽管它们中电荷载流子的有效质量非常低(0.1-0.2)，但很少有人研究它们作为薄膜晶体管中的半导体层的应用。”

七年来，Noh 和他的同事一直在研究探索基于钙钛矿的晶体管的潜力。他们最近的论文以他们之前的工作为基础，并专门利用了 CsSnI 3，这是一种不寻常的钙钛矿材料，已知会经历各种复杂的相变。

研究人员创建的新晶体管的功能原理类似于传统的硅基增强模式晶体管的工作原理。本质上，当在晶体管的源极和漏极之间施加适当的电压时，该电压会通过器件流向漏极。

“我们找到了一种方法来增加钙钛矿多晶的晶粒尺寸，方法是结合氟化锡添加剂过量的 CsI 前体，并用 10% 的 Pb 代替 Sn，”Noh 解释说。“此外，通过使用锡基钙钛矿(大多数高性能金属卤化物钙钛矿器件，如太阳能电池和 LED 使用 100% 铅)，我们实现了高性能，同时最大限度地减少了对环境有害的金属铅的使用。”

在最初的评估中，Noh 和他的同事开发的晶体管优于之前开发的所有基于金属卤化物钙钛矿的晶体管。值得注意的是，它们的性能可与目前用于制造 OLED 显示器驱动电路的多晶硅晶体管相媲美。

新开发的晶体管的另一个重要优势是，与其他基于金属卤化物钙钛矿的现有器件相比，它们的铅含量显着降低。这可以促进它们的广泛使用，因为已知铅具有剧毒并对地球环境有害。

“虽然金属卤化物钙钛矿目前在太阳能电池中表现出比硅更高的性能，但大多数高性能钙钛矿设备都使用铅，”Noh 说。“由于环境方面的考虑，我预计这些基于铅的设备将难以商业化。从这个意义上说，我们的研究结果主要使用锡代替铅，并从根本上克服了金属卤化物钙钛矿的毒性问题。”

未来，这组研究人员推出的新型晶体管可用于控制各种电子设备中的电流流动，包括用于计算机、电视和智能手机的 OLED 显示器。此外，他们的设计可以激发开发性能更好的太阳能电池和含铅量较低的 LED。

“目前，我们开发的锡基晶体管表现出高性能，但从商业化的角度来看，其空气稳定性较低，”Noh补充道。“因此，我们最终打算进一步提高设备的空气稳定性。此外，该设备是通过溶液工艺制造的，但我希望使用真空沉积工艺获得相同的性能，这可以在商业上大量生产。”