范德瓦尔斯集成单晶锡钙钛矿晶体管：迈向超灵敏光检测技术

《ACS Nano》：van der Waals Integrated Single-Crystal Tin Perovskite Transistors Toward Ultrasensitive Photodetection

二维锡钙钛矿单晶（4Tm）?SnI?通过引入大π共轭4Tm?阳离子成功制备，其范德华场效应晶体管在室温下实现5.1 cm2/V·s的超高空穴迁移率，低温性能进一步提升至10.3 cm2/V·s，同时光探测器灵敏度达1.6×10? A/W，并拓展至像素激活成像系统应用。

　　

二维（2D）锡卤化物钙钛矿作为一种无铅半导体材料，具有优异的光学吸收能力和高的载流子迁移率，展现出巨大的应用潜力。尽管多晶薄膜已经实现了令人瞩目的器件性能，但其内在的电荷传输机制和激子动力学仍受到晶界缺陷的制约，这限制了对材料性质的理解以及器件性能的优化。在本研究中，我们利用体积较大的π共轭4Tm⁺阳离子合成了2D (4Tm)₂SnI₄单晶，并制备了基于这些单晶的范德瓦尔斯场效应晶体管。该晶体管在室温下的空穴迁移率高达5.1 cm² V^–1 s^–1，是多晶材料的两倍多。单晶中的高效电荷传输使得由声子散射主导的传输过程能够在较低温度下持续进行，从而在120 K时将迁移率提升至10.3 cm² V^–1 s^–1。此外，单晶结构还保证了其在550纳米波长光照下的高响应度/特定检测率，达到1.6 × 10⁶ A W^–1/4.2 × 10¹⁶ Jones，属于最佳的Pb和Sn基钙钛矿光电探测器之一。更重要的是，这种晶体管的栅压可调特性使其在成像应用中可以实现对比度的调节，适用于作为像素活性图像传感器。本研究以2D锡基钙钛矿单晶为平台，深入探讨了其本征的电子/光电特性，并展示了其在电流调制、高灵敏度光检测以及可扩展成像系统方面的潜在应用。