Credit: Tokyo Tech金属卤化物钙钛矿(MHPs)是一类具有半导体应用前景的材料，例如薄膜晶体管(TFTs)。特别是，锡(锡)基金属氢化物可能是有毒的铅基金属氢化物的无害环境替代品。然而，在平面半导体器件中利用锡基磁流体之前，需要解决一些关键问题。当排列成2D结构(或有几层的准2D结构)时，锡基磁流体的晶体结构中的缺陷，即“晶界”，会阻碍电荷载流子在整个材料中的迁移。如果在薄膜晶体管中使用，这种现象会导致大的串联电阻，最终降低性能。相比之下，用锡基MHP制成的薄膜晶体管排列成三维结构，面临着一个不同但仍然严重的问题。3D材料极高的载流子密度导致晶体管永久导通，除非施加非常高的电压。不用说，这使得这种设备在许多应用中毫无用处。
来自日本东京理工大学的一组科学家已经找到了解决这些限制的方法。在最近发表在《高级科学》杂志上的一项研究中，由助理教授金俊焕和荣誉教授细野秀夫领导，研究人员提出了一个基于锡基磁流体动力混合结构的新概念，称为2D/3D核壳结构。在这种结构中，三维MHP岩心彼此完全隔离，仅通过短的2D MHP条带(或“壳”)连接。这种交替排列同时解决了这两个缺点。但是怎么做呢？
降低2D MHPs串联电阻的诀窍是消除晶界处的载流子迁移率问题，这是由钙钛矿的导电八面体之间的未对准引起的。由于3D内核与2D赛格曼ts的连接方式，这些失调消失了，串联电阻大大降低。至于3D MHPs的高载流子密度，这个问题在使用2D/3D核壳结构时根本不存在。由于3D内核是隔离的，因此它们的载流子密度不再相关；相反，2D段充当瓶颈，并限制了整个材料的有效载流子密度。
为了证明这种新型结构的有效性，该团队通过将2D/ 3D薄膜晶体管与标准铟镓锌氧化物薄膜晶体管相结合，制造了一种互补金属氧化物半导体逆变器。“我们的器件在20 V的漏极电压下显示出200 V/ V的高电压增益。这是迄今为止使用锡-MHP薄膜晶体管制造的互补金属氧化物半导体逆变器的最佳性能报告，”金教授强调道。
这项研究中提出的创新的2D/三维结构将帮助全世界的科学家利用钙钛矿的吸引人的电子特性。此外，他们的方法并不局限于一类狭窄的材料或器件类型。“提议的策略可以应用于各种解决方案衍生的半导体系统，为柔性和可印刷的电子产品打开大门，”金教授说。
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