一种利用钙钛矿微米晶实现室温下负微分电阻的方法

摘要

一种利用钙钛矿微米晶实现室温下负微分电阻（NDR）的方法，通过使用镓铟合金（EGaIn）针尖，CH3NH3PbBr3钙钛矿微米晶，和硅基底上的单层石墨烯组成三明治结构，在405nm紫光照射下，由于离子在电极/钙钛矿界面处的分离和累积产生的补偿电场屏蔽了外部施加的电场并增强了光生载流子的重组，使得I‑V曲线呈现出负微分电阻效应。该技术对未来新型集成半导体器件在室温高电压下能够稳定正常地工作提供了新的方法手段。

权利要求

1.一种利用钙钛矿微米晶实现室温下负微分电阻的方法，其特征在于，由镓铟合金针尖，CH3NH3PbBr3钙钛矿微米晶和硅基底上单层石墨烯组成的三明治结构；

所述三明治结构的制备方法为：首先从气密性良好的针管中挤出一滴EGaIn，通过与平整镀金基底接触，并控制压电装置分离从而形成锥形针尖，然后把化学气相沉积生长在铜箔上的单层石墨烯湿法转移到大小为1  .5cm*1 .5cm的硅基底上，并在上面撒上钙钛矿微米晶，之后固定针尖位置，通过压电控制基底上升，使得钙钛矿微米晶与EGaIn接触，并用

405nm的紫光照射；

所述CH3NH3PbBr3钙钛矿微米晶的大小为10~50μm，立方体结构；

在室温下使用405nm波长的半导体激光器进行测量，能够产生负微分电阻效应；而在黑暗条件下，拥有小于50pA的极低的暗电流，无负微分电阻效应。

2.根据权利要求1所述利用钙钛矿微米晶实现室温下负微分电阻的方法，其特征在于：光照条件下测量的电流‑电压曲线，负微分电阻效应只出现在正偏压下，负偏压下则电流很小，呈现出明显的整流行为。

说明书

一种利用钙钛矿微米晶实现室温下负微分电阻的方法

技术领域

[0001] 本发明属于一种利用钙钛矿微米晶实现室温下负微分电阻的方法，涉及半导体、纳米材料、光学等诸多领域。

背景技术

[0002] 随着半导体技术的快速发展，传统硅基器件在小尺寸集成化时，常常面临强电场击穿，热耗散等一系列问题。钙钛矿作为新型的半导体材料，其在小尺寸集成化等方面拥有很大的应用潜力。有机‑无机钙钛矿杂化材料中的有机三卤化铅MAPbX（3 MA = CH3NH3，X = I，Br或Cl）因其带隙可调，高吸收系数，低缺陷密度，长载流子寿命和扩散长度等优点，而被广泛用于激光器，发光二极管，太阳能电池，传感器，光电探测器等器件中。钙钛矿材料在一定波长的照射下，内部能够产生光生载流子，其被两端电极收集，从而产生光电流。通常情况下，由于阳离子和阴离子的半径要远大于载流子半径，难以在外加电场下移动，但当外加电场达到一定程度后，离子也会一定程度上向电极界面处移动，从而容易积累在界面处。然而，一般的电极难以在界面处对离子进行有效地收集积累，硅基底上的石墨烯由于其优良的电学特性，再结合液态金属镓铟合金（EGaIn）针尖，则可以有效地实现此目的。本发明通过使用镓铟合金（EGaIn）针尖，CH3NH3PbBr3钙钛矿微米晶体（10~50μm），和硅基底上的单层石墨烯组成三明治结构，在405nm紫光照射下，能够实现室温下的负微分电阻。并且，在无光时，电路中极小的暗电流（<50pA）能够减小电路非工作模式的功耗。该方法能够完美地解决传统硅基器件所面临的问题，为未来新型集成半导体器件在室温高电压下能够稳定正常地工作提供了新的技术手段。

[0003] 负微分电阻（NDR）效应是指在特定的偏压区域器件的电流随着偏置电压的增加而减小的现象，已经被广泛应用于放大器，存储器和逻辑电路中。通常，NDR可以通过具有以下特性的谐振隧道异质结构来实现：由双势垒和一个势阱组成的系统。以往，人们曾在分子结, PN结,夹层膜, 以及钙钛矿薄膜结构,石墨烯等结构中发现NDR，但是常常面临实现要求苛刻，耗费资源大等难题，我们则采用单个钙钛矿微米晶实现室温下负微分电阻，从而能够有效地解决此类问题。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种新型的器件结构，即利用镓铟合金（EGaIn）针尖，CH3NH3PbBr3钙钛矿微米晶体（10~50μm，立方），和硅基底上的单层石墨烯组成三明治结构来实现室温下负微分电阻的新方法。

[0005] 本发明的目的是这样实现的：

[0006] 一种利用钙钛矿微米晶实现室温下NDR的新方法，由硅基底，单层石墨烯，CH3NH3PbBr3钙钛矿微米晶体，EGaIn针尖组成，其特征在于：液态金属EGaIn电极的自适应变形可确保稳定且紧密的电极与钙钛矿接触，而不会损坏样品；同时，针尖的尺寸为微米级别，可以与微米级钙钛矿单晶尺寸相匹配，能够很好地测量的NDR特性；在室温下黑暗条件下，回路中电流较小（<50pA），拥有较小的功耗，可对应于非工作（待机）模式，在光照条件下，能够有较好的NDR特性，可对应于工作模式。

[0007] 本发明的优点在于：

[0008] 该方法实验装置简单，便于实现。利用液态金属电极EGaIn实现微米级单晶的测量，并在室温光照下实现NDR，无光时，极小的暗电流（<50pA），避免了对器件造成损伤，减小功耗，延长器件使用寿命。

附图说明

[0009] 为了使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：

[0010] 图1利用钙钛矿微米晶实现室温下NDR方法三维示意图；

[0011] 图1：1是针管；2是405nm紫光；3是EGaIn针尖；4是CH3NH3PbBr3钙钛矿微米晶；5是单层石墨烯；6是硅基底，7是压电装置；

[0012] 图2是实施例中室温下在黑暗和光照条件下测量的正向和反向的电流‑电压曲线；

[0013] 图3是实施例中光照下测得的NDR原理示意图。

具体实施方式

[0014] 提供了NDR效应的测量结构，结果和原理示意图，具体请参阅图1 图3。~

[0015] 下面结合附图1，对本发明的具体实施方式作详细说明。

[0016] 实施列：首先从气密性良好的针管（1）中挤出一滴EGaIn（3），通过与平整镀金基底接触，并控制压电装置（7）分离从而形成锥形针尖，然后把化学气相沉积（CVD）生长在铜箔上的单层石墨烯（5）湿法转移到大小为1.5cm*1.5cm的硅基底（6）上，并在上面撒上钙钛矿微米晶（10 50μm，立方,4），之后固定针尖位置，通过压电（7）控制基底上升，使得钙钛矿微~米晶与EGaIn接触，并用405nm的紫光（2）照射，在室温下即可测量其NDR特性。

[0017] 图2为测量的黑暗条件和光照条件下正向和反向的电流‑电压曲线。在光照条件下，当超过阈值电压（2.5V），电流随着电压的增加而缓慢下降，呈现出明显的NDR效应。然而，在无光条件下，电路中呈现出极低的暗电流，并没有NDR出现。

[0018] 图3为光照下NDR效应出现的原理示意图。当在EGaIn电极上施加正电压（Vbi）时，钙钛矿层内部出现了均匀的Vbi电位降，为载流子的提取提供了驱动力。在强大的外部电场作用下，离子在电极/钙钛矿界面处的分离和累积会产生一个补偿电场（Vcom），该电场反过来会屏蔽外部施加的电场并增强载流子的重组，而且石墨烯和碳基材料对离子有明显的吸附能力使得离子能够更加稳定地积累在界面上，最终导致了NDR现象的产生。

[0019] 虽然结合目前认为最实际且最佳的实施例描述本发明，不过本发明不限于所公开的实施例，而意在覆盖所附权利要求的精神和范围之内的多种变形和等效装置。