전고체 페로브스카이트 트랜지스터에서의 정전기적 광발광 조절
Electrostatic Photoluminescence Tuning in All-Solid-State Perovskite Transistors
March 26, 2026
저자: Vladimir Bruevich, Dmitry Maslennikov, Beier Hu, Artem A. Bakulin, Vitaly Podzorov
cs.AI
초록
우리는 에피택셜 단결정 금속 할로겐화물 페로브스카이트 기반의 전고체 상태 반도체 소자를 통해 게이트 전압으로 페로브스카이트의 광발광을 가역적으로 제어할 수 있음을 보여준다. 이러한 광발광 전계효과 트랜지스터는 전계발광 다이오드와 근본적으로 다른 방식으로, 게이트 전기장을 이용하여 이동 전하의 계면 밀도를 정전기적으로 변조함으로써 광생성 캐리어의 방사 및 비방사 재결합 경로에 영향을 미친다. 이러한 트랜지스터에서 게이트 전압을 변화시키면 비방사 계면 재결합 속도가 효율적으로 조절되며, 광발광 강도가 65%에서 98%까지 (온도에 따라 다름) 변조된다. 최적의 게이트 조건에서는 비방사 손실을 거의 완전히 제거할 수 있다. 이러한 기능성은 높은 흡수 계수로 인한 강력한 가시광 영역 흡수 및 발광, 제어 가능한 두께, 그리고 에피택셜 페로브스카이트 박막의 거시적으로 균일한 형태와 결합되어 대면적 박막 소자에서 높은 외부 광발광 양자 효율을 실현한다. 이러한 고효율, 확장 가능하며 정전기적으로 조절 가능한 광전자 스위치는 금속 할로겐화물 페로브스카이트의 포토닉스 및 광전자 분야에서의 잠재적 응용 범위를 확대한다.
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.