新一代“软”半导体可改造高清显示器

一种新型半导体可能会出现在你附近的高清晰显示屏上。在美国能源部的科学家劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）已经表明，一类叫做卤化物钙钛矿能够发射多，在小到500纳米的分辨率从单根纳米线的明亮的颜色。

显示不同颜色的单个纳米线。前面板显示铯溴化铅（CsPbBr3）-铯氯化铅（cspbcl3）异质结同时发射绿色和蓝色的灯，分别在紫外光激发下。显示面板的底部，铯碘化铅（cspbi3）-铯溴化铅铯氯化铅配置发射红、绿、蓝灯，分别。（来源：乐天斗/伯克利实验室和Connor G. Bischak / UC伯克利）

这一发现在本周《美国国家科学院院刊》的网络版上发表，对传统的半导体纳米晶体发光的量子点显示器提出了明确的挑战。它也会影响光电、新应用光伏、纳米激光器的发展，超灵敏的探测器，其中。

研究人员利用电子束光刻技术制备卤化物钙钛矿纳米线异质结，两个不同的半导体结。在设备上的应用，研究确定能级和带隙特性，因此被认为是现代电子和光电器件的一个关键构建块。

研究人员指出，在卤化物钙钛矿晶格离子而非共价键结合在一起。在离子键中，相反电荷的原子被吸引并互相传递电子。相反，共价键发生在原子彼此共享电子时。

“无机卤化物钙钛矿结构，我们可以很容易地交换阴离子的离子键的同时保持材料的单晶体的性质，”研究的首席研究员裴东洋说，在伯克利实验室材料科学部的高级学院的科学家。这使我们可以轻松地重新配置材料的结构和组成。这就是为什么卤化物钙钛矿晶格半导体被认为是软。相反，共价键相对稳定，需要更多的能量来改变。我们的研究基本上表明，我们几乎可以改变这种软半导体的任何部分的组成。”

二维显示交替的铯氯化铅（蓝色）和铯溴化铅（绿色）段。（来源：乐天斗/伯克利实验室和Connor G. Bischak / UC伯克利）

在这种情况下，研究人员测试了铯铅卤化物钙钛矿，然后他们用结合离子交换化学交换出去的卤离子创造铯碘化铅常用的纳米加工技术，铯溴化铅，和铯氯化铅钙钛矿。

每个变化导致不同的颜色发出。此外，研究人员发现多个异质结能够被设计在一个单一的纳米线。他们能够实现一个像素大小到500纳米，他们确定，材料的颜色是可调的整个可见光范围内。

研究人员说，用于处理这类软离子键合半导体的化学溶液处理技术比制造传统胶体半导体的方法简单得多。

“传统的半导体制造的连接是相当复杂和昂贵的，”研究的共同作者乐天都说，他们进行的工作在杨实验室的高温和高真空条件下，通常涉及到控制材料的生长和掺杂的博士后研究员。精确控制材料的组成和性能也是具有挑战性的，因为传统的半导体是“硬”由于强共价键。

为了在软半导体中交换阴离子，材料在室温下用特殊的化学溶液浸泡。

加州大学伯克利分校的化学教授杨说：“这是一个简单的过程，而且很容易扩大。”。“你不需要在干净的房间里呆很长时间，也不需要高温。”

研究人员正在继续改进这些软半导体的分辨率，并正在努力把它们集成到电路中。

其他共同作者在本文是Christopher Kley，伯克利大学的博士后研究员，和闵亮莱，伯克利大学的研究生。现在是普渡大学化学工程助理教授。

美国能源部的科学办公室支持这项工作。

关于劳伦斯伯克利国家实验室

劳伦斯伯克利国家实验室通过推进可持续能源、保护人类健康、创造新材料、揭示宇宙的起源和命运，来应对世界上最紧迫的科学挑战。伯克利实验室于1931成立，其科学专长已获13项诺贝尔奖。加利福尼亚大学为美国能源部的科学办公室管理伯克利实验室。更多信息，访问www.lbl.gov。

关于美国能源部的科学办公室

美国能源部的科学办公室是美国物理科学基础研究的最大的支持者，正在努力解决我们这个时代最紧迫的一些挑战。有关更多信息，请访问science.energy.gov。