鈣鈦礦材料作為一種可溶液加工的半導(dǎo)體材料，具有出色的光電性能，其潛在的低成本，可大面積制備等優(yōu)勢(shì)，掀起了近十年時(shí)間的研究熱潮，涉及領(lǐng)域由最初的太陽能電池延展到高能射線探測(cè)，發(fā)光二極管，激光器等諸多領(lǐng)域。

在顯示領(lǐng)域，其可溶液加工性保證未來低成本大面積制備的工藝；可見光譜范圍內(nèi)可調(diào)的發(fā)光顏色保證了實(shí)現(xiàn)全彩顯示的可能性；對(duì)比現(xiàn)有有機(jī)發(fā)光二極管的寬發(fā)射光譜，鈣鈦礦僅20nm的窄發(fā)光半峰寬，可以提供更真實(shí)的色彩顯示和更寬的色域。

盡管如此，由于3D鈣鈦礦材料低激子結(jié)合能的特性，室溫下電注入的電子空穴輻射復(fù)合效率低，在不額外引入電荷限制效應(yīng)的情況下，由常規(guī)3D鈣鈦礦薄膜制備的鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLED）通常性能不佳。2D鈣鈦礦材料作為鈣鈦礦家族的一類分支，通過引入大體積胺鹽將不同層數(shù)鈣鈦礦片層分離開，極大的介電常數(shù)差異帶來天然的量子阱效應(yīng)，使得2D鈣鈦礦通常具有較大的激子結(jié)合能。另一方面，由于電絕緣長(zhǎng)鏈胺鹽的引入，使得層間電荷傳輸變得困難，電荷注入/傳輸成為問題。

最近，浙江大學(xué)高分子系陳紅征教授的研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合比利時(shí)校際微電子研究中心（imec），通過兩步法工藝制備得到高質(zhì)量2D/3D復(fù)合鈣鈦礦薄膜，引入的溴丁胺2D鈣鈦礦組分與3D甲脒溴化鉛鈣鈦礦自組裝形成量子阱效應(yīng)。經(jīng)優(yōu)化2D/3D組分比例，在不顯著犧牲電荷注入的條件下，將電注入的電子、空穴有效束縛于3D鈣鈦礦組分內(nèi)，顯著提高輻射復(fù)合效率，實(shí)現(xiàn)高效綠色鈣鈦礦二極管電致發(fā)光。得益于3D鈣鈦礦高遷移率的特性，器件可在低偏壓下實(shí)現(xiàn)高電荷注入，并在高電流密度（147.7 mA/cm2）下實(shí)現(xiàn)7.36%的外量子效率（EQE），半峰寬僅20nm。該兩步法同時(shí)被用于另一個(gè)大體積胺鹽，4-氟-苯甲胺氫溴酸鹽，在不改變其他參數(shù)的條件下，僅通過替換溴丁胺鹽，器件EQE提高到8.55%，表明該兩步法制備2D/3D鈣鈦礦薄膜工藝具有普適性，為未來器件和材料優(yōu)化提供新選擇。

相關(guān)論文在線發(fā)表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201900465)。該工作由第一作者，浙江大學(xué)博士研究生鄢杰林，于比利時(shí)校際微電子研究中心（imec）聯(lián)合培養(yǎng)期間完成。比利時(shí)校際微電子研究中心研究員裘偉明博士與浙江大學(xué)陳紅征教授為共同通訊作者。