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n型氧化物薄膜晶体管（TFTs）凭借优异的迁移率、稳定性以及低温操作、经济性和成熟技术等优势，在电子产业化中得到广泛应用。然而，n型与p型TFTs之间的性能不匹配，导致电子和空穴载流子传输难以平衡，这严重制约了数据处理速度，阻碍了高性能、低功耗互补金属氧化物半导体器件及集成电路的实现，因此，开发能满足n型氧化物材料性能标准（如迁移率和开关比）的新型p型材料成为迫切需求。在众多p型半导体材料中，锡基钙钛矿因其环境友好、本征高空穴迁移率和低有效质量等特性脱颖而出，其独特的弱弗罗赫lich相互作用和高5s轨道能级，使得价带高度分散并增强了空穴迁移率，被认为是极具潜力的高性能p型TFTs材料。

尽管锡基钙钛矿前景广阔，但其应用仍面临诸多挑战。二维层状钙钛矿如 (PEA)₂SnI₄虽因结构稳定性和多功能性被研究作为钙钛矿晶体管的沟道，且后续在薄膜形貌、器件结构和晶体形成方面的改进提升了晶体管性能，但量子和介电限制导致垂直于无机层的电荷隧穿受到严重抑制，制约了其电荷传输性能。三维钙钛矿虽具有连续的三维网络结构，有望实现更快的电荷传输，且在3D锡铅混合钙钛矿体系中已展现出超过50 cm² V⁻¹ s⁻¹ 的高载流子迁移率，但纯三维锡基钙钛矿晶体管因Sn²⁺易氧化和晶体生长动力学不可控，载流子迁移率和长期稳定性仍较差。此外，向三维结构中引入大阳离子形成低维相以改善性能时，会因不同维度结构的共存导致薄膜结构无序和缺陷增加，即便在充满氮气的手套箱中储存，仅接触微量氧气也会使器件性能下降，因此，如何调控结晶动力学以获得理想的晶体取向并提高锡基钙钛矿薄膜的稳定性，成为实现高迁移率、高稳定性晶体管的关键难题。

针对上述问题，由复旦大学组成的团队利用泽攸科技JS系列台阶仪进行了系统性的研究，研究通过将 2 - 噻吩乙胺硫氰酸盐（TEASCN）引入三维锡基钙钛矿中，调控其结晶过程，抑制Sn²⁺氧化并降低陷阱密度，从而制备出具有高迁移率和高稳定性的p型钙钛矿晶体管。相关成果以“Tailoring tin-based perovskite crystallization via large cations and pseudo-halide anions for high mobility and high stable transistors”为题发表在《Science Advances》期刊上。

论文聚焦于锡基钙钛矿在p型薄膜晶体管（TFTs）应用中面临的快速结晶、易氧化等问题，通过向三维锡基钙钛矿（CsFASnI₃）中引入 2 - 噻吩乙胺硫氰酸盐（TEASCN），探索其对材料性能及器件性能的改善作用。研究发现，TEASCN 中的氨基和硫基团能与 Sn-I 八面体形成强键，硫氰酸根离子（SCN⁻）可诱导形成双层准二维钙钛矿中间相，这种协同作用有效调控了钙钛矿的结晶取向，促进了 3D 结构垂直于衬底的生长，同时抑制了 Sn²⁺的氧化并降低了陷阱密度，为提升器件性能奠定了基础。

图 钙钛矿薄膜晶体管的电学性能表征。(A)钙钛矿薄膜晶体管器件结构示意图。(B)基于CsFASnI3的薄膜晶体管典型转移特性曲线，(C)TEAI-­CsFASnI3薄膜晶体管，(D)TEASCN-­CsFASnI3薄膜晶体管。(E)TEAI-­CsFASnI3薄膜晶体管输出特性曲线，(F)TEASCN-­CsFASnI3薄膜晶体管输出特性曲线

基于上述机制，研究团队制备了基于 TEASCN 修饰的 CsFASnI₃钙钛矿 TFTs，其性能得到显著提升。该器件平均空穴迁移率超过 60 cm² V⁻¹ s⁻¹，开关电流比超过 10⁸，远超现有p型钙钛矿 TFTs 的性能水平。在稳定性方面，未封装的器件在氮气氛围中存放 30 天后，仍能保持初始迁移率的 84%，展现出优异的长期稳定性。此外，通过对比不同添加剂（如 TEAI、FASCN 等）的效果，证实了 TEASCN 中 TEA⁺阳离子和 SCN⁻阴离子的协同作用是性能提升的关键，其中 TEA⁺的硫代噻吩环与 Sn-I 八面体的强相互作用及 SCN⁻诱导的中间相形成共同优化了结晶和电荷传输。

图 TEASCN与SnI₂的强相互作用及对Sn²+氧化的抑制作用。（A、B）TEASCN、TEASCN+SnI₂、TEAI和TEAI+SnI₂的FTIR光谱。(C)CsFASnI₃、TEAI-­CsFASnI₃和TEASCN-­CsFASnI₃钙钛矿薄膜退火前的XRD衍射图谱。(D)、(E)、(F)分别为TEASCN-­CsFASnI₃、TEAICsFASnI₃和CsFASnI₃钙钛矿薄膜的Sn 3d区域XPS光谱。a.u.为任意单位

为深入探究 TEASCN 的作用，研究团队采用了多种表征手段。通过 X 射线光电子能谱（XPS）证实，TEASCN 修饰的薄膜中 Sn⁴⁺含量仅为 13%，远低于未修饰的 28.1%，表明其抗氧化能力显著增强； grazing- incidence 广角 X 射线散射（GIWAXS）和 X 射线衍射（XRD）显示，薄膜结晶度和（100）晶面取向性提升，扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）则观察到薄膜覆盖率提高、表面更平整，减少了界面缺陷。此外，稳态和时间分辨光致发光（PL）测试表明，TEASCN 修饰降低了非辐射复合，延长了载流子寿命，进一步佐证了缺陷密度的降低。

图 钙钛矿薄膜的取向性、结晶度及形貌增强。分别展示(A) CsFASnI3、(B)TEAI-­CsFASnI3和(C)TEASCN-­CsFASnI3钙钛矿薄膜的吉氏广角X射线散射（GIWAXS）图谱。(D)环状结构在qr = 1.0 A−1处的方位角分布曲线。(E)CsFASnI3、TEAI-­CsFASnI3和TEASCN-­CsFASnI3钙钛矿薄膜的X射线衍射（XRD）图谱。(F)CsFASnI3、TEAI-­CsFASnI3和TEASCN-­CsFASnI3钙钛矿薄膜的XRD图谱，其中（100）晶面局部放大视图。(G)、(H)和(I)分别为CsFASnI3、TEAICsFASnI3和TEASCN-­CsFASnI3薄膜的典型扫描电镜图像

在薄膜表征过程中，泽攸科技的JS系列台阶仪发挥了重要作用，其用于测量钙钛矿薄膜的厚度，结果显示薄膜厚度在35至40纳米之间。这一精确的厚度数据为后续的性能分析提供了基础，确保了不同样品间的可比性，也为理解薄膜厚度与器件电学性能（如迁移率、开关比）的关联提供了关键参数，有助于验证 TEASCN 修饰对薄膜生长均匀性的改善效果。该研究通过引入 TEASCN 实现了对锡基钙钛矿结晶动力学、氧化稳定性和缺陷密度的有效调控，成功制备出高性能、高稳定性的p型钙钛矿 TFTs，为锡基钙钛矿在电子器件中的应用开辟了新路径。