在调控和改性中前行：2019半导体相关重要综述总结

Alisa 5年前 (2019-10-21) 3482浏览

天气转凉，2019年已经过去一大半了，在这一年中半导体材料的发展呈现一路高歌的走势，本文介绍了在这一领域中今年发表的重要文献综述以供各位同行参考。

1. Chem.Rev. : 卤化物钙钛矿：完全取决于界面吗？

界面的设计和改性，一直是半导体器件的关键问题，在开发基于卤化钙钛矿（HaP）的光电技术（包括光伏和发光二极管）的上能起到关键作用。因为这类器件性能和稳定性的显着改善主要归因于界面分子堆积。为此，法兰西岛光伏研究所的Philip Schulz，David Cahen等人阐述了这一领域存在的机遇和挑战。主要内容如下：1. 暴露的HaP薄膜和晶体表面的基本物理和化学性质，包括诸如表面终止，表面反应性和电子结构等。2. 讨论了有关HaP与传输层和缓冲层之间的界面上的能量对准过程的实验结果。3. 文章还详细介绍了界面形成对器件性能的影响，并考虑了化学反应和表面钝化对界面能量和稳定性的影响。4. 基于这些概念，提出了HaP半导体的界面设计的路线图，强调了通过对界面能量和化学（即反应性）的控制来为设计界面提供预测能力及优化。

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.8b00558

2. Chem.Rev. : 低维混合钙钛矿半导体中的量子和介电限域效应

混合卤化物钙钛矿现已成为引领低成本薄膜光伏技术领域的超级明星材料。随着更高效，更稳定的3D块状合金大量的出现，多层低维杂化卤化物钙钛矿和胶体钙钛矿纳米结构在2016年成为了应对这一挑战的可行替代解决方案。雷恩大学Claudine Katan，Nicolas Mercier对胶体纳米结构和多层化合物的进行了全面的文献总结。层状卤化物钙钛矿在卤化物钙钛矿的历史上占有特殊的地位，在1980年代和1990年代有大量开创性论文。近年来，结构-性能关系的清晰化极大地受益于其电子结构和光电特性的新理论方法，以及现代先进的实验技术。文章还对经典半导体纳米结构和2D范德华异质结构进行了比较。自2015年以来，胶体纳米结构在基于发光的应用方面得到了快速发展。尽管在最近两年中通过各种光谱技术进行了深入研究，但是关于量子和介电限域效应对其光电子性能的影响仍处于研究起步阶段。

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.8b00417

3. Chem.Rev. : 基于金属有机骨架（MOF）和MOF衍生的纳米催化的最新技术

金属有机骨架（MOF）纳米粒子，也称为多孔配位聚合物，是纳米材料科学的重要组成部分，它们在催化中变得越来越重要。其结构的可变性和丰富性使其可在金属节点，功能性连接部位，基质封装或纳米颗粒之间实现多种协同作用，从而催化剂的活化功能。 MOF纳米颗粒复合材料热解形成高度多孔的N/P掺杂的MOF衍生的纳米材料，被越来越多地用作催化剂，尤其是在电催化和光催化中。波尔多大学的Qi Wang 和 Didier Astruc撰写的这篇综述首先简要概述了MOF纳米颗粒催化的背景，然后全面回顾了最近几年报道的重要文献。主要内容包括有机反应的催化，电催化，光催化和前景展望。在合成、能源和环境领域中，使用这些结构明确的非均相催化剂可以解决许多社会性问题。

文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.201902417

4. Chem.Rev. :  III–V主族纳米线的合成与应用

低维半导体材料结构（如纳米线等）已经发展成为研究最广泛的科学和技术领域之一。隆德大学的Enrique Barrigón, Magnus Heurlin等人总结了数种材料的半导体纳米线，包括III–V主族材料（如GaAs，InAs，GaP，InP等）和III氮化物材料（GaN，InGaN，AlGaN等）的实现高度受控的纳米线的基础合成方法。这些材料可以为主流半导体提供发展思路的原因之一是可以为主流半导体硅提供超高性能的电子（例如晶体管）和光子（例如光伏，光电探测器或LED）性能。文章中还涉及其他重要研究内容，如降低制造成本的合成方法，这些方法可以显着提升性能，并有机会推广至工业生产。

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.9b00075

5. Chem.Rev. : 有机电子学中的界面

未掺杂、共轭的有机分子和聚合物具有半导体的特性，包括电子结构和电荷传输，可以通过分子设计来对​​其进行调节。与无机半导体和金属相比，有机（半）导体具有独特的特征：暴露于空气中时，其表面不会形成绝缘氧化物，因此与许多材料（包括金属）能形成干净的界面。在过去的30年中，对OS-metal和OS-OS界面进行了深入的研究，产生了成熟的理论。自2000年代以来，有机电子材料发展到可作为有机介电体，电解质，铁电体甚至生物的界面。在这篇综述中，林雪平大学Mats Fahlman, Simone Fabiano对这些界面在有机电子设备功能中的核心作用进行了汇总，并讨论了界面的物理化学性质如何控制光，激子，电子和离子的界面传输以及电子的转导。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41563-019-0355-y

6.Nat.Mater.: 液滴外延法制备纳米结构半导体应用于量子光子器件

未来的“量子互联网”将由量子节点（固态或原子系统）网络组成，这些量子节点通过基于光子的飞行量子位链接，以光速在远距离上传播，关键技术是制备能够提供单个或纠缠的光子对的光源。半导体量子点（QD）作为优秀的光源在这一领域极具潜力，佛罗伦萨大学的Hao‐Lin Wu，Xu‐Bing Li 等人对QD点制备技术现状进行总结，重点介绍了制备方法和材料的优缺点，获得的成就和未来的挑战。在1990年代初期，开发了两种方法来合成自组装外延半导体QD，即Stranski-Krastanov（SK）和液滴外延（DE）方法。作为获得高质量半导体纳米结构的补充途径，DE方法近获得了研究者们的关注。这种方法衍生出来的局部液滴蚀刻（LDE）够制备出具有特定发射波长的QD。文章详细介绍了LDE方法的重要工作和研究进展和目前存在的问题，对今后的研究有指导作用。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41563-019-0355-y

7. Adv.Mater.: 半导体量子点：二氧化碳光还原的新兴材料

作为解决能源危机和环境问题的最关键方法之一，将二氧化碳（CO2）光还原成太阳能燃料（例如，CO，HCOOH，CH3OH，CH4）受到越来越多的关注。由于半导体量子点（QD）其低成本，合成简便，出色的光收集，多种激子产生，可行的电荷载流子调节以及丰富的表面位点，可作为人工晶体光源来进行CO2高效光还原。清华大学的Hao‐Lin Wu, Xu‐Bing Li等人在这篇综述中着重介绍了使用半导体QD在CO2光还原方面的最新进展。首先，分析了半导体量子点的独特的光物理和结构特性，这些特性使它们能够在太阳能转换中得到广泛应用。然后将QD在光催化CO2还原中的最新应用分为三类：二元II-VI半导体QD（例如CdSe，CdS和ZnSe），三元I-III-VI半导体QD（例如CuInS2和CuAlS2）和钙钛矿类型的QD（例如CsPbBr3，CH3NH3PbBr3和Cs2AgBiBr6）。最后，讨论了未来QD减少太阳能CO2的挑战和前景。

文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900709

8. Adv.Mater.: 有机半导体：面向有机电子的新型材料设计

卡尔斯鲁厄大学的沃尔夫冈·温泽尔（Wolfgang Wenzel）及其同事讨论了包括机器学习在内的预测性仿真方法的最新技术，以补充用于鉴定有机电子新材料的实验研究。 通过突出一些最近的出色的应用来说明它们的潜力。

文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201970188

9. Adv.Mater.: 完全由可拉伸的弹性电子材料制成的橡胶电子器件

可拉伸电子产品在许多应用方面性能优于现有的刚性电子产品，因为能够适应的使用者活动与大的机械变形。由于大多数电子材料（尤其是半导体）的不可拉伸特性，通过完全由可拉伸的弹性体电子材料即橡胶状电子来制造可拉伸的电子学，是目前发展可行的思路。橡胶电子产品及其相关的制造技术具有独特的优势，因此引起了越来越多的兴趣。休斯敦大学的Kyoseung Sim, Zhoulyu Rao等人回顾了开发橡胶电子产品的最新进展，包括橡胶导体，橡胶半导体和橡胶电介质等重要可拉伸弹性体材料，以及各种橡胶电子器件，例如橡胶晶体管，集成电子器件，橡胶光电器件和橡胶传感器。

文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902417

小结

以上就是总结的全部文献综述，从这些综述总结的研究工作来看，目前的研究热点依旧集中在界面调控，无机纳米线生长方法优化，和可拉伸器件的制备这几个方面，在电学、光学性能方面提升明显，存在的挑战主要是材料稳定性和大面积器件生产上。在今后的工作中，需要针对这些挑战继续探索。

参考文献

  1. Philip,S., David, C., Antoine, Kahn. Halide Perovskites: Is It All about the Interfaces?  Rev. 2019, 119, 3349−3417.
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  3. Qi,W., Didier, A. State of the Art and Prospects in Metal−Organic Framework (MOF)-Based and MOF-Derived Nanocatalysis. Rev. 2019, DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00223.
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  5. Mats,F., Simone, F., Viktor, G., Daniel, S., Magnus, B., Xavier, C. Interfaces in organic electronics. Nat. Rev. Mater. 2019, 4, 627–650.
  6. Massimo,G., Zhiming, W., Armando, R., Takashi, K.，Stefano, S. Droplet epitaxy of semiconductor nanostructures for quantum photonic devices. Nat. Mater. 2019, 18, 799–810.
  7. Hao, L. W.，Xu, B. L.，Chen, H. T.Semiconductor Quantum Dots: An Emerging Candidate for CO2 Photoreduction. Mater. 2019, 1900709.
  8. Pascal,F., Artem, F., Simon, K., Manuel, K., Nicole, J., Wolfgang, W. Organic Semiconductors: Toward Design of Novel Materials for Organic Electronics. Mater. 2019, 31, 1808256.
  9. Kyoseung,S., Zhoulyu, R., Faheem, E., Cunjiang, Y. Rubbery Electronics Fully Made of Stretchable Elastomeric Electronic Materials.  Mater. 2019, 1902417.

本文由怪ayi供稿。

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