Elektrostatische Abstimmung der Photolumineszenz in Transistoren mit Vollperowskit-Festkörperstruktur

Electrostatic Photoluminescence Tuning in All-Solid-State Perovskite Transistors

March 26, 2026

Autoren: Vladimir Bruevich, Dmitry Maslennikov, Beier Hu, Artem A. Bakulin, Vitaly Podzorov

cs.AI

Zusammenfassung

Wir stellen eine vollständig festkörperbasierte Halbleitervorrichtung auf Basis epitaktischer einkristalliner Metallhalogenid-Perowskite vor, die eine reversible Steuerung der Perowskit-Photolumineszenz mit einer Gate-Spannung ermöglicht. Grundlegend verschieden von elektrolumineszenten Dioden moduliert ein solcher Photolumineszenz-Feldeffekttransistor das Gate-Elektrischfeld, um die Grenzflächendichte beweglicher Ladungsträger elektrostatisch zu beeinflussen und dadurch die strahlenden und nichtstrahlenden Rekombinationskanäle von Photoladungsträgern zu verändern. Die Variation der Gate-Spannung in solchen Transistoren verändert effizient die Rate der nichtstrahlenden Grenzflächenrekombination und moduliert die Photolumineszenzintensität um 65 bis 98 Prozent (temperaturabhängig). Bei geeigneter Gate-Spannung kann eine nahezu vollständige Eliminierung nichtstrahlender Verluste erreicht werden. Diese Funktionalität, kombiniert mit der starken Absorption und Emission im sichtbaren Bereich – ermöglicht durch den hohen Absorptionskoeffizienten sowie die kontrollierbare Dicke und makroskopisch homogene Morphologie epitaktischer Perowskitschichten – führt zu hohen externen Photolumineszenz-Quantenwirkungsgraden in großflächigen Dünnschichtbauelementen. Solche hocheffizienten, skalierbaren, elektrostatisch abstimmbaren optoelektronischen Schalter erweitern die potenziellen Anwendungen von Metallhalogenid-Perowskiten in der Photonik und Optoelektronik.

English

We demonstrate an all solid state semiconductor device, based on epitaxial single crystalline metal halide perovskites, enabling reversible control of a perovskite photoluminescence with a gate voltage. Fundamentally distinct from electroluminescent diodes, such a photoluminescence field effect transistor uses the gate electric field to electrostatically modulate the interfacial density of mobile charges, thereby affecting the radiative and nonradiative recombination channels of photocarriers. Varying the gate voltage in such transistors efficiently changes the rate of nonradiative interfacial recombination and modulates the photoluminescence intensity by 65 to 98 percent (depending on temperature). At favorable gating, nearly complete elimination of non-radiative losses can be achieved. This functionality, coupled with the strong visible-range absorption and emission, possible due to the high absorption coefficient, as well as controllable thickness and macroscopically homogeneous morphology of epitaxial perovskite films, leads to high external photoluminescence quantum efficiencies realized in large-area, thin-film devices. Such high-efficiency, scalable, electrostatically tunable optoelectronic switches broaden the potential applications of metal-halide perovskites in photonics and optoelectronics.