[发明专利]一种半导体器件中钙钛矿薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及半导体器件中钙钛矿薄膜的制备方法，涉及半导体器件，包括提供一半导体衬底，半导体衬底上形成有界面层；提供钙钛矿前驱体溶液，其中钙钛矿前驱体溶液为在CsPbBr₃基础上添加了A位阳离子和/或有机阳离子分子形成的溶液，并采用所述钙钛矿前驱体溶液在界面层上直接形成一层钙钛矿薄膜层，以实现高平整与低针孔的钙钛矿薄膜，进而提高光电器件的性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术，尤其涉及一种半导体器件中钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，对其基本元器件的小型化、集成化和低功耗程度要求越来越高，同时对半导体器件性能的要求也越来越严格。传统的III-V族半导体材料因其外延生长需要高温掺杂以产生PN结，但由于其生长基底与外延材料晶格常数不匹配，在高温掺杂过程中存在会因晶格失配而导致外延片发光波长发生偏移的问题。

近年来，金属卤化物钙钛矿作为一个低成本和可溶液法制备的新兴半导体材料其性能与III-V族材料相似，表现出了优异的光电性能，如带隙可调、荧光量子产率高、离子迁移距离长和发光带隙窄等特点。在半导体器件如发光二极管、太阳能电池和X射线探测器等领域展现了替代传统半导体材料的潜力，具有重要的商业应用前景。然而，钙钛矿前驱体溶液的组分，会直接影响其在半导体衬底或传输层表面制备出的钙钛矿薄膜形貌，如薄膜表面出现针孔或岛状结构。当薄膜表面出现针孔或岛状结构时，这些大量的缺陷作为非辐射复合中心，在高电压驱动下会降低器件的外量子效率和稳定性，进而影响钙钛矿光电器件的性能。

目前制备高平整和低针孔的钙钛矿薄膜技术包括几种，如通过旋转涂抹法，在钙钛矿晶体生长的同时，滴加反溶剂促进晶粒析出，并制备表面平整的钙钛矿薄膜，但通常使用的反溶剂对起到钝化作用的短链A位阳离子也具备一定的溶解性；如通过刮涂法制备钙钛矿薄膜，但刮涂法前驱体溶液的原料用量较大，工艺优化成本较高；另一种是采用化学气相沉积法制备钙钛矿薄膜，存在需要高真空蒸镀的设备、且退火时间长的特点。如上所述，目前的制备方法均存在一定的优缺点。

针对旋转涂抹法中，由于制备钙钛矿薄膜的前驱体溶液具有一定流变性能和表面张力的特性，如何在不同导电衬底、电子/空穴传输层甚至是微米沟槽内制备高平整且无针孔的钙钛矿薄膜，并将其应用于制备高效率的钙钛矿发光二极管与光电器件仍面临诸多技术问题。

综上所述，如何通过低成本和简单工艺制备高平整度且低针孔的钙钛矿薄膜，并应用其制备高性能的钙钛矿发光二极管与光电器件等，以满足市场的迫切需要，已成为业界未来发展的技术方向。

发明内容

本申请在于提供一种半导体器件中钙钛矿薄膜的制备方法，包括：S1：提供一半导体衬底，半导体衬底上形成有界面层；以及S2：提供钙钛矿前驱体溶液，其中钙钛矿前驱体溶液为在CsPbBr₃基础上添加了A位阳离子和/或有机阳离子分子形成的溶液，并采用所述钙钛矿前驱体溶液直接在界面层上形成一层钙钛矿薄膜层。

更进一步的，所述有机阳离子分子为短链有机阳离子分子。

更进一步的，步骤S2中的钙钛矿前驱体溶液为在CsPbBr₃基础上添加了A位阳离子和/或有机阳离子分子形成的溶液为：

在CsPbBr₃基础上添加A位阳离子甲脒氢溴酸盐(FABr)，形成钙钛矿前驱体溶液Cs_xFA_1-xPbBr₃(CFPB)。

更进一步的，添加的A位阳离子甲脒氢溴酸盐(FABr)与基础的CsPbBr₃的摩尔比为n_FABr：n_CsPbBr3＝1:6.25。

更进一步的，步骤S2中的钙钛矿前驱体溶液为在CsPbBr₃基础上添加了A位阳离子和/或有机阳离子分子形成的溶液为：