南京大学郑庆东教授ACS Nano:用空间限域气相外延生长英寸级0D/3D钙钛矿单晶异质结

• 空间限域气相外延：利用ITO与SiO₂/Si衬底构建限域空间，精确调控原子蒸气扩散与成核，实现CsPbBr₃（3D）与Cs₄PbBr₆（0D）沿（011）和（001）晶面的优先取向外延生长，薄膜面积达6.25 cm²，无裂纹与针孔。

• 界面驱动Br⁻迁移与缺陷钝化：KPFM显示3D与0D组分间存在~39 mV的表面电势差，驱动Br⁻从0D向3D区域定向迁移，导致3D区域Br富集，动态钝化卤素空位，降低缺陷密度（n_trap=2.24×10¹¹ cm⁻³），提高载流子迁移率（23.6 cm²/V·s）。

• 自供电光电探测器性能：基于该异质结的对称ITO/异质结/ITO器件在零偏压下实现自驱动光探测，响应度达85.56 A/W，探测率1.80×10¹² Jones，开关比10⁵，响应时间τ_rise=8.15 μs、τ_decay=21.32 μs，并表现出优异的热释电-光电协同增强效应。

• 成像阵列应用：在10×20像素阵列上实现“HILT”标志的高对比度成像，在低至350 μW/cm²光强下仍可分辨，展示了良好的集成潜力。

• 薄膜生长：采用空间限域常压化学气相沉积（APCVD），将CsBr与PbBr₂（摩尔比1:1）作为前驱体，ITO与SiO₂/Si衬底紧密贴合形成限域空间，在610°C蒸发前驱体，随后以6 h缓慢降温至300°C，实现异质结的外延生长。

• 结构与成分表征：SEM观察表面形貌；EDX分析元素分布与化学计量；XRD与Raman确认晶相与取向；XPS与UPS分析表面电子结构与能级；AFM与KPFM表征表面形貌与电势分布。

• 光电性能测试：在450 nm激光照射下，使用半导体参数仪测量I-V、光电流响应、噪声谱、响应时间等；通过空间电荷限制电流（SCLC）法计算陷阱密度与迁移率；构建10×20像素阵列，测试成像能力。

图 1 特定晶向、界面清晰的单晶Cs4PbBr6−CsPbBr3钙钛矿异质结薄膜的外延生长

图 2 单晶Cs4PbBr6−CsPbBr3钙钛矿异质结薄膜的结构表征

参考文献：

https://doi.org/10.1021/acsnano.5c18351.

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