用易挥发配位剂稳定锡基钙钛矿晶体管

锡（Sn²⁺）卤化物钙钛矿是一类有前景的无铅半导体材料，可用于太阳能电池、发光二极管和薄膜晶体管等光电器件。它具有可调节的带隙和良好的载流子传输性能，但存在一个根本性缺陷：表面暴露的、配位不足的Sn²⁺原子极易被氧化，引发自发的自p型掺杂和快速退化，导致器件性能不稳定、阈值电压难以调控。以往的改进策略（如添加剂工程、维度调控）虽有一定效果，却常牺牲载流子迁移率，且未从根本上解决表面化学失稳问题。本文创新性地提出“挥发性辅助配位”策略：在锡基钙钛矿（CsSnI₃）薄膜表面蒸镀一层醋酸钾（KAc），其醋酸根离子能短暂结合表面不饱和的Sn²⁺位点，随后在温和退火（约100℃）下生成易挥发的醋酸亚锡（Sn(Ac)₂）并逸出，同时原位形成一层致密、均匀、化学惰性的碘化钾（KI）覆盖层。这一过程相当于对表面进行了一次“化学重装”，把原本高反应活性的SnI₂终止面，转变为热力学稳定、缺陷大幅减少的KI钝化界面。实验证实，该处理显著降低了表面Sn²⁺氧化和空位缺陷，荧光强度增强、载流子寿命从20皮秒延长至90皮秒，表明非辐射复合被有效抑制。制成的p型薄膜晶体管性能全面提升：阈值电压从29.5伏降至约5伏（接近理想的零伏），开关比超过1亿，亚阈值摆幅改善，滞后效应减弱，且开态电流未下降。更重要的是，这层KI界面如同一道“自钝化、耐高温”的防护屏障：器件在100℃氮气环境中连续工作超30天性能无衰减；在空气中也能维持4小时以上正常栅极调控，并在氮气中完全恢复，证明其退化是可逆的物理吸附而非不可逆氧化。该方法不仅适用于醋酸钾，其他碱金属醋酸盐（如RbAc、CsAc）也有一定效果，但钾离子因尺寸匹配度最佳，反应最高效。综上，这项研究为解决锡基钙钛矿材料的固有不稳定性提供了普适、高效的新路径，使其真正迈向实用化电子器件。