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　　美東時間4月11日中午，Science雜誌在線發表一篇研究論文，題目就四個字：Spin coating epitaxial film。單晶外延膜，如今甩着做！另附專家點評。

　　可以毫不誇張地說，甩塗法是現代微電子工業的根基。用於集成電路微加工的光刻膠，就是甩塗上去的，工藝簡單、價格低廉、用途廣泛、影響深遠。然而，甩塗法成膜，通常是不定型或者多晶的。想要得到如下圖所示的與襯底晶格匹配的單晶外延膜，非常困難，往往需要藉助氣相沉積、分子束外延等手段，設備昂貴、工藝複雜，難以應用於大規模的工業生產。

　　這篇Science論文顯示，單晶外延膜，也可以用簡單的甩塗法在單晶襯底上製備，其機理如下圖所示，溶液甩塗形成的邊界層促進非均勻形核，而被吸引到襯底表面的有序陰離子層能進一步降低形核活化能。隨着溶膠蒸發，溶液達到過飽和而成核，帶來厚度方向的濃度梯度及相應的離子擴散，從而促進薄膜生長。

　　作者在不同的襯底上長了不同的外延膜，包括無機鈣鈦礦CsPbBr3，PbI2，NaCl，和ZnO等，如下圖所示。從電鏡照片看，CsPbBr3和NaCl都是分立長在襯底上形成陣列，但面內取向受襯底制約，保持一致。

　　值得一提的是，Science作者在前言中提到有機無機雜化鈣鈦礦CH3NH3PbI3等，是最有潛力的下一代光伏技術，但他們長出來的卻是PbI2。這可能是因爲CH3NH3PbI3結構不穩定，易於分解爲PbI2造成的。知社此前曾經報道，北大高鵬課題組與合作者通過TEM證實了CH3NH3PbI3分解爲PbI2的原子尺度機制和路徑：

　　也需要指出，高鵬課題組用到的是石家莊鐵道大學趙晉津課題組自生長的CH3NH3PbI3單晶膜。這個單晶膜直接生長在FTO/TiO2多晶襯底上，非常特別，也比較穩定，發在國刊Science Bulletin上：

　　Science Bulletin這篇文章所報道的CH3NH3PbI3單晶膜，質量相當的高，而且能直接做成太陽能電池器件，生長工藝也很簡單，大家有興趣可以參考。其對單晶結構的證明，動用了一系列手段，包括高分辨透射電鏡、同步輻射光源等，如下圖所示：

　　Science這篇文章對於單晶外延的證明，都是基於XRD，數據顯示面外面內取向均保持一致。

　　這是一篇有意思的Science工作，而甩塗法也將爲單晶外延薄膜大規模的工業化應用帶來可能。Science同期就發表題爲New way of crafting crystals could speed up flexible electronics的亮點展示，稱：

　　Now, researchers report today inSciencethatthey can “supersaturate” these liquidswith precursor compounds, so that as they spin, they form multiple crystals that fuse together into one, unbroken crystal (seen above in an alloy of cesium, lead, and bromine). The new approach, they suggest, couldimprove light harvesting insolar cell materials called perovskitesand ramp up the speed and performance of flexible electronic devices integrated into everything from curved car dashboards to fabrics.

　　不過問題的關鍵，還是如何在相對複雜的功能材料體系實現大面積高質量的單晶外延膜溶液法制備，如有機無機雜化鈣鈦礦等，確認其成分、結構、和物性，並用於功能器件。對此，美國阿貢實驗室物理學家周華博士向知社介紹說：

　　”比照成熟的半導體微電子工藝，這個工作所呈現的薄膜質量還遠遠不能稱爲高質量的外延薄膜（更談不上與襯底晶格完美的匹配，比對Si/Ge，GaAs和GaN等幾代半導體體系），嚴格地說只是受襯底晶向誘導的高度取向外延。但對於基於快捷簡便的溶液旋塗生長方法來說，這的確是令人鼓舞的進展。文中提及的利用溶液蒸發過飽和實現有序的陰離子吸附層從而促進界面的異相形核是比較有啓發性的思路。相信後續會有很多延展性的工作。另外，在不斷推進和實現大面積高質量的單晶外延膜溶液法制備過程中，一般實驗室的普通X-ray設備就很難提供快速和高通量的成分／結構／缺陷等信息的表徵了。基於同步輻射大裝置上的中高能X-ray原位表徵束線可以在這個過程中發揮巨大的推動作用。“

　　後續發展如何，讓我們拭目以待。