近日，化学化工学院副教授梁爱辉在国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society（JACS）上以江西师范大学作为第一单位,本人作为第一作者,发表研究论文“Ligand-Driven Grain Engineering of High Mobility Two-Dimensional Perovskite Thin Film Transistors”。这是梁爱辉继今年在Angew. Chem. Int. Ed上发表论文后的又一重要研究成果。（原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06337）

有机-无机杂化钙钛矿材料因其在光电器件和电子器件制备上工艺简单，易于大面积加工制造和集成，成为目前研究的热点材料之一。其在太阳能电池、发光二极管和光电探测器等领域的研究取得了巨大的进展。但是，利用这类钙钛矿材料制备场效应晶体管（FET）仍然存在很大挑战。这主要是由于晶体管中载流子在横向和界面的传输容易受到钙钛矿多晶薄膜晶界处普遍存在的缺陷影响，易诱发较严重的离子迁移和阻碍载流子水平方向的跨晶区传输。所以控制晶区生长对于最大化多晶薄膜电子器件的电荷载流子传输至关重要。

目前卤化物钙钛矿材料的薄膜生长已经可以通过多种方法进行控制，包括溶剂工程、组分工程和后处理工艺。然而，这些方法都没能制备出具有极大晶粒尺寸和高电荷载流子迁移率的大面积原子级平面薄膜。梁爱辉与美国普渡大学的窦乐添(Letian Dou)教授团队合作设计合成了一种新的π共轭配体，并将它用于控制二维(2D)卤化物钙钛矿中的薄膜成核和生长动力学。通过简单扩展有机分子的π共轭并提高其平面性增强了有机配体间的相互作用力，在2D卤化物钙钛矿薄膜结晶过程中，以有机分子间适当的相互作用作为额外驱动，使得薄膜成核密度可以降低5个数量级以上。因此，很容易获得具有高度有序的晶体结构和极大晶粒尺寸（接近毫米级）的2D钙钛矿薄膜。

图1. 有机分子驱动的二维钙钛矿薄膜形貌调控。图片来源：J. Am. Chem. Soc. 

基于上述方法，研究人员制备了高性能场效应晶体管，其最高空穴迁移率接近10 cm2 V–1 s–1，开/关电流比约为106，并且具有出色的稳定性和重现性。通过器件模拟分析进一步证实了增强的电荷传输以及观察到的迁移率的电场和温度依赖性的起源，清楚地描绘了这类新生的二维半导体材料体系中的构效关系。这项成果为卤化物钙钛矿在溶液加工的薄膜晶体管及柔性电子集成电路中的应用奠定了重要基础。

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