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二维层状锡卤化物钙钛矿因其高载流子迁移率和无铅组成,成为场效应晶体管(FET)中极具潜力的沟道材料,但其易发生Sn(II)氧化,导致严重的缺陷敏感性。

本文首尔国立大学Takhee Lee和Keehoon Kang等人提出一种分子设计策略,通过合成一对可控的磷氧路易斯碱——三苯基磷氧化物(TPPO)及其甲氧基功能化类似物(TMPPO),系统调节其路易斯碱性及与未配位Sn²⁺位点的配位强度,从而将钝化剂化学与器件性能直接关联。更强的路易斯碱TMPPO能够稳定Sn²⁺,使空穴迁移率提升两倍(最高达2.2 cm²·V⁻¹·s⁻¹),阈值电压负移,滞后现象减轻,并显著提升操作稳定性。

这些结果表明,分子碱性可被理性转化为缺陷控制与晶体管性能的提升,为稳定、高性能、无铅钛矿电子器件提供了通用的设计原则。

研究亮点:

  1. 分子设计调控路易斯碱性:通过合成并比较TPPO与甲氧基修饰的TMPPO,系统研究路易斯碱性强弱对Sn²⁺稳定性和器件性能的影响,建立了“碱性–钝化–性能”的明确关联。

  2. TMPPO显著提升器件性能:TMPPO处理的二维锡基钙钛矿FET空穴迁移率最高达2.2 cm²·V⁻¹·s⁻¹,相比原始器件提升近一倍,同时阈值电压负移、滞后窗口缩小,操作稳定性显著增强。

  3. 为无铅钙钛矿电子器件提供新策略:该研究通过强化Sn²⁺–路易斯碱配位,有效抑制Sn(II)氧化与离子迁移,为实现稳定、高性能、无铅钙钛矿晶体管提供了可推广的分子钝化路径。

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H. Choi, J. Jung, Y.-K. Jung, et al. “ Strong-Binding Small-Molecule Passivator for Two-Dimensional Tin-Based Perovskite Field-Effect Transistors.” Advanced Functional Materials (2026): e74094.

https://doi.org/10.1002/adfm.74094

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