基于常压限域CVD的方形全无机钙钛矿纳米片微器件

基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件
技术领域
1.本实用新型属于二维光电应用领域，特别提供一种基于常压限域 cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件。

背景技术：

2.在半导体产业中，钙钛矿光电材料由于其优异的光电性能，在光伏电池以及其他光电器件领域引起研究者们的广泛关注。相比于其他半导体光电材料，其主要特点在于具有更高的光吸收系数、量子效率、载流子寿命及扩散长度，其能带也可随卤素替换调节。在这之中，全无机钙钛矿全无机钙钛矿材料相比于有机杂化钙钛矿具有更好的湿、光、空气与热稳定性，做成单晶后可进一步提高其载流子迁移率与量子效率。然而，钙钛矿体材料具有载流子复合效率低以及激子结合能比较小(20
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73mev)的问题，影响了其更广泛的应用。目前科研人员主要是通过降低体钙钛矿的维度，尝试形成纳米结构利用其量子限域效应提高载流子的复合，增加激子结合能，使其可以更好地应用于微纳激光器、光电探测与led等领域。
3.方形钙钛矿纳米片为自然形成的回音壁微腔结构，回音壁微腔是指通过边界连续的全反射，将光子长时间的局域在材料内的微腔体，相比于其他光学腔体，其具有更高的质量因素(107‑
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),极小的模式体积、超高的能量密度和极窄的线宽等优越特性，通过全内反射，将光限制在小体积内，可以明显增强光与物质的相互作用，并使包括微激光器、光力学和微纳信息读取器件等在内的应用受益。
4.为了更方便灵活地搭建纳米电子器件，需要合适的尺寸和高的晶体质量，较高的稳定光电特性等特性。然而，目前科研人员对超薄钙钛矿单晶器件研究较为困难，一是较难得到合适尺寸厚度的样品以搭载器件，二是钙钛矿由于其较易会被丙酮等有机溶剂破坏，难以进行光刻等器件制备工艺。
5.近年来，人们研究出一种限制空间的方法，用于石墨烯等多种材料的超薄大面积生长。其优点在于:设置限制空间，利用限制空间的窄间隙或裂缝使密闭反应室内反应物的浓度和流速显著降低,降低成核密度和生长速率；扩散主导，使得气流稳定和生长环境可控，防污染降缺陷；使反应物浓度均匀，升华与再沉积动态平衡，使衬底表面平滑，易于大面积生长。此外，利用转移电极等工艺，可以转移多种合适的电极搭载器件，对其进行针对性改进，有望在钙钛矿单晶上搭载电极，形成基本上不受化学无序和固定费米能级约束的金半界面。

技术实现要素：

6.本实用新型针对上述问题，提出一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件，已便进行进一步的研究，使钙钛矿光电应用受益。
7.为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：
8.一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件，其特征在于：包括绝缘
衬底层(1)、金属电极(2)、纳米片微腔(3)；所述绝缘衬底层(1)设置在最下层，所述纳米片微腔(3)位于绝缘衬底层(1)上表面，多个独立的金属电极(2)位于绝缘衬底层(1) 上表面并设置于纳米片微腔(3)周围，每个独立的金属电极(2)均与纳米片微腔(3)。
9.所述绝缘衬底为正方形氟金云母薄片，其为层状结构，层间为范德华键，表面光滑无悬挂键，粗糙度小于0.1nm，可使材料在其上进行范德华外延生长，优选边长1
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3cm,厚度为0.05
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0.3mm,表面具平整解离面，耐温高达1200℃以上，体积电阻率为10
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ω.cm，比天然云母高1000倍。
10.所述纳米片微腔(3)为钙钛矿纳米片，其在绝缘衬底层(1)上进行范德华外延制得，由采用改进的常压限制空间法在其上直接生长而来，首次利用了限域生长与范德华外延在常压下的协同作用，横向尺寸(边的长度尺寸)为40
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60μm，首优选超过50μm,厚度为3～30 nm，具有较高的晶体质量，缺陷更少。优选纳米片微腔(3)为cspbi3单晶片。
11.所述金属电极由厚度为80
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100nm,可为au、ag电极等金属电极通过一种新技术搭建而来。通过光刻、热蒸镀、转移电极的方法首次在超薄大面积cspbi3单晶片上搭载了电极，可形成基本上不受化学无序和固定费米能级约束的金半界面。
12.本实用新型的有益效果为：本实用新型得到了新型钙钛矿微纳器件，由主材料由方形单晶纳米片，金属电极和氟金云母绝缘衬底组成。比于传统的钙钛矿体材料和量子点多晶薄膜，其晶体质量更高，缺陷更少，具有更高的载流子迁移率，且方形微腔结构为天然的回音壁结构，有利于增大光约束，得到更高的质量因素，提高发光性能。
附图说明
13.图1为本实用新型所述的一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件立体示意图；
14.图2为本实用新型所述的一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件正视截面示意图；
15.图3为本实用新型所述的一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件实物图；
16.图4为本实用新型所述的一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件透射电镜图；
17.图5为本实用新型所述的一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件光致发光mapping图；
18.图6为本实用新型所述的一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件i
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v图；
19.图7为本实用新型所述的一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件i
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t图。
20.图中标记：1
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绝缘衬底，2
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电极，3
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方形钙钛矿纳米片
具体实施方式
21.下面结合实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，是对本实用新型技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案精神和范
围，均应涵盖在本实用新型的保护范围中。
22.实施例1
23.一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件，其中超薄大面积钙钛矿cspbi3纳米片由常压限域cvd首次得到。首先对衬底材料进行了解理，分成了五片，取中间未跟空气长期接触，较为清洁的氟金云母片作为衬底，用小si/sio2碎片支撑在两片衬底的四个角，形成一个限制空间，限域间距设置为0.8mm。之后，在生长温度为600℃，保温20分钟的条件下进行了生长，得到了横线尺寸达50μm的绝缘衬底样品，满足了尺寸要求,具有较好的晶体质量，可在空气中长期稳定存在。在加载电极过程中，针对钙钛矿材料怕水怕丙酮的问题，首先通过光刻工艺，在si/sio2衬底上光刻了电极图形。然后通过热蒸镀的方法，将au电极蒸镀于衬底上，将其浸泡于 hdms中120℃油浴加热20min，进行活性化处理，处理完后旋涂 pmma胶体。此时的电极可由pdms转移下来，将粘附在pdms上的电极进行定点转移，便可转移到钙钛矿纳米片上，其可形成基本上不受化学无序和固定费米能级约束的金半界面，降低接触电阻，首次成功搭建了超薄大面积cspbi3钙钛矿微器件，有利于推广其光电应用。
24.本实用新型可作为光电导型微纳光电探测器，通过改变光入射功率，其电阻率会得到变化，可进行有效的探测；亦可作为光存储、通信器件的单元；微激光器的工作物质；其他新型光电应用等方面。我们将制备好的材料及器件进行了透射电镜，pl mapping和i
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t电学性能测试，表征出器件中纳米片一致的晶面取向，其光致发光也较为均匀，初步表征了其具有光响应，有利于推动后续研究。
25.本实用新型未尽事宜为公知技术。
26.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件，其特征在于：包括绝缘衬底层(1)、金属电极(2)、纳米片微腔(3)；所述绝缘衬底层(1)设置在最下层，所述纳米片微腔(3)位于绝缘衬底层(1)上表面，多个独立的金属电极(2)位于绝缘衬底层(1)上表面并设置于纳米片微腔(3)周围，每个独立的金属电极(2)均与纳米片微腔(3)。2.按照权利要求1所述的一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件，其特征在于：所述绝缘衬底为正方形氟金云母薄片，其为层状结构，层间为范德华键，表面光滑无悬挂键，粗糙度小于0.1nm，边长为1
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3cm,厚度为0.05
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0.3mm,表面具平整解离面，耐温高达1200℃以上，体积电阻率为10
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ω.cm。3.按照权利要求1所述的一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件，其特征在于：所述纳米片微腔(3)为钙钛矿纳米片，其在绝缘衬底层(1)上进行范德华外延制得，横向尺寸为50
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60μm，厚度为3～30nm。4.按照权利要求1所述的一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件，其特征在于：所述纳米片微腔(3)为纳米片微腔(3)为cspbi3单晶片。5.按照权利要求1所述的一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件，其特征在于：所述金属电极由厚度为80
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100nm。6.按照权利要求1所述的一种基于常压限域cvd的方形全无机钙钛矿纳米片微器件，其特征在于：所述金属电极选自au、ag电极。

技术总结

基于常压限域CVD的方形全无机钙钛矿纳米片微器件，属于二维光电应用领域。本实用新型包括绝缘衬底、方形钙钛矿纳米片、金属电极。所述绝缘衬底设置在最下层，所述方形纳米片位于在衬底上方，所述电极设置于衬底周围。方形纳米片尺寸达50μm，由常压限域范德华外延生长而得，金属电极由转移电极工艺搭建。本实用新型为创新型钙钛矿器件，相比于传统的钙钛矿体材料和量子点多晶薄膜器件，其纳米单晶片晶体质量更高，缺陷更少，可具有更高的载流子迁移率和量子效率，更大的激子结合能和载流子复合效率，更适用于微纳光电应用。此外，方形纳米片结构为天然的回音壁结构，有利于增大光约束，得到更高的质量因素，提高发光性能。提高发光性能。提高发光性能。