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n型氧化物薄膜晶體管（TFTs）憑借優異的遷移率、穩定性以及低溫操作、經濟性和成熟技術等優勢，在電子產業化中得到廣泛應用。然而，n型與p型TFTs之間的性能不匹配，導致電子和空穴載流子傳輸難以平衡，這嚴重制約了數據處理速度，阻礙了高性能、低功耗互補金屬氧化物半導體器件及集成電路的實現，因此，開發能滿足n型氧化物材料性能標準（如遷移率和開關比）的新型p型材料成為迫切需求。在眾多p型半導體材料中，錫基鈣鈦礦因其環境友好、本征高空穴遷移率和低有效質量等特性脫穎而出，其獨特的弱弗羅赫lich相互作用和高5s軌道能級，使得價帶高度分散并增強了空穴遷移率，被認為是極具潛力的高性能p型TFTs材料。

盡管錫基鈣鈦礦前景廣闊，但其應用仍面臨諸多挑戰。二維層狀鈣鈦礦如 (PEA)?SnI?雖因結構穩定性和多功能性被研究作為鈣鈦礦晶體管的溝道，且后續在薄膜形貌、器件結構和晶體形成方面的改進提升了晶體管性能，但量子和介電限制導致垂直于無機層的電荷隧穿受到嚴重抑制，制約了其電荷傳輸性能。三維鈣鈦礦雖具有連續的三維網絡結構，有望實現更快的電荷傳輸，且在3D錫鉛混合鈣鈦礦體系中已展現出超過50 cm2 V?1 s?1 的高載流子遷移率，但純三維錫基鈣鈦礦晶體管因Sn2?易氧化和晶體生長動力學不可控，載流子遷移率和長期穩定性仍較差。此外，向三維結構中引入大陽離子形成低維相以改善性能時，會因不同維度結構的共存導致薄膜結構無序和缺陷增加，即便在充滿氮氣的手套箱中儲存，僅接觸微量氧氣也會使器件性能下降，因此，如何調控結晶動力學以獲得理想的晶體取向并提高錫基鈣鈦礦薄膜的穩定性，成為實現高遷移率、高穩定性晶體管的關鍵難題。

針對上述問題，由復旦大學組成的團隊利用澤攸科技JS系列臺階儀進行了系統性的研究，研究通過將 2 - 噻吩乙胺硫氰酸鹽（TEASCN）引入三維錫基鈣鈦礦中，調控其結晶過程，抑制Sn2?氧化并降低陷阱密度，從而制備出具有高遷移率和高穩定性的p型鈣鈦礦晶體管。相關成果以“Tailoring tin-based perovskite crystallization via large cations and pseudo-halide anions for high mobility and high stable transistors”為題發表在《Science Advances》期刊上。

論文聚焦于錫基鈣鈦礦在p型薄膜晶體管（TFTs）應用中面臨的快速結晶、易氧化等問題，通過向三維錫基鈣鈦礦（CsFASnI?）中引入 2 - 噻吩乙胺硫氰酸鹽（TEASCN），探索其對材料性能及器件性能的改善作用。研究發現，TEASCN 中的氨基和硫基團能與 Sn-I 八面體形成強鍵，硫氰酸根離子（SCN?）可誘導形成雙層準二維鈣鈦礦中間相，這種協同作用有效調控了鈣鈦礦的結晶取向，促進了 3D 結構垂直于襯底的生長，同時抑制了 Sn2?的氧化并降低了陷阱密度，為提升器件性能奠定了基礎。

圖 鈣鈦礦薄膜晶體管的電學性能表征。(A)鈣鈦礦薄膜晶體管器件結構示意圖。(B)基于CsFASnI3的薄膜晶體管典型轉移特性曲線，(C)TEAI--CsFASnI3薄膜晶體管，(D)TEASCN--CsFASnI3薄膜晶體管。(E)TEAI--CsFASnI3薄膜晶體管輸出特性曲線，(F)TEASCN--CsFASnI3薄膜晶體管輸出特性曲線

基于上述機制，研究團隊制備了基于 TEASCN 修飾的 CsFASnI?鈣鈦礦 TFTs，其性能得到顯著提升。該器件平均空穴遷移率超過 60 cm2 V?1 s?1，開關電流比超過 10?，遠超現有p型鈣鈦礦 TFTs 的性能水平。在穩定性方面，未封裝的器件在氮氣氛圍中存放 30 天后，仍能保持初始遷移率的 84%，展現出優異的長期穩定性。此外，通過對比不同添加劑（如 TEAI、FASCN 等）的效果，證實了 TEASCN 中 TEA?陽離子和 SCN?陰離子的協同作用是性能提升的關鍵，其中 TEA?的硫代噻吩環與 Sn-I 八面體的強相互作用及 SCN?誘導的中間相形成共同優化了結晶和電荷傳輸。

圖 TEASCN與SnI?的強相互作用及對Sn2+氧化的抑制作用。（A、B）TEASCN、TEASCN+SnI?、TEAI和TEAI+SnI?的FTIR光譜。(C)CsFASnI?、TEAI--CsFASnI?和TEASCN--CsFASnI?鈣鈦礦薄膜退火前的XRD衍射圖譜。(D)、(E)、(F)分別為TEASCN--CsFASnI?、TEAICsFASnI?和CsFASnI?鈣鈦礦薄膜的Sn 3d區域XPS光譜。a.u.為任意單位

為深入探究 TEASCN 的作用，研究團隊采用了多種表征手段。通過 X 射線光電子能譜（XPS）證實，TEASCN 修飾的薄膜中 Sn??含量僅為 13%，遠低于未修飾的 28.1%，表明其抗氧化能力顯著增強； grazing- incidence 廣角 X 射線散射（GIWAXS）和 X 射線衍射（XRD）顯示，薄膜結晶度和（100）晶面取向性提升，掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）則觀察到薄膜覆蓋率提高、表面更平整，減少了界面缺陷。此外，穩態和時間分辨光致發光（PL）測試表明，TEASCN 修飾降低了非輻射復合，延長了載流子壽命，進一步佐證了缺陷密度的降低。

圖 鈣鈦礦薄膜的取向性、結晶度及形貌增強。分別展示(A) CsFASnI3、(B)TEAI--CsFASnI3和(C)TEASCN--CsFASnI3鈣鈦礦薄膜的吉氏廣角X射線散射（GIWAXS）圖譜。(D)環狀結構在qr = 1.0 A?1處的方位角分布曲線。(E)CsFASnI3、TEAI--CsFASnI3和TEASCN--CsFASnI3鈣鈦礦薄膜的X射線衍射（XRD）圖譜。(F)CsFASnI3、TEAI--CsFASnI3和TEASCN--CsFASnI3鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜，其中（100）晶面局部放大視圖。(G)、(H)和(I)分別為CsFASnI3、TEAICsFASnI3和TEASCN--CsFASnI3薄膜的典型掃描電鏡圖像

在薄膜表征過程中，澤攸科技的JS系列臺階儀發揮了重要作用，其用于測量鈣鈦礦薄膜的厚度，結果顯示薄膜厚度在35至40納米之間。這一精確的厚度數據為后續的性能分析提供了基礎，確保了不同樣品間的可比性，也為理解薄膜厚度與器件電學性能（如遷移率、開關比）的關聯提供了關鍵參數，有助于驗證 TEASCN 修飾對薄膜生長均勻性的改善效果。該研究通過引入 TEASCN 實現了對錫基鈣鈦礦結晶動力學、氧化穩定性和缺陷密度的有效調控，成功制備出高性能、高穩定性的p型鈣鈦礦 TFTs，為錫基鈣鈦礦在電子器件中的應用開辟了新路徑。