Электростатическая настройка фотолюминесценции в полностью твердотельных перовскитных транзисторах
Electrostatic Photoluminescence Tuning in All-Solid-State Perovskite Transistors
March 26, 2026
Авторы: Vladimir Bruevich, Dmitry Maslennikov, Beier Hu, Artem A. Bakulin, Vitaly Podzorov
cs.AI
Аннотация
Мы демонстрируем полностью твердотельное полупроводниковое устройство на основе эпитаксиальных монокристаллических металлогалогенидных перовскитов, которое позволяет осуществлять обратимое управление фотолюминесценцией перовскита с помощью напряжения на затворе. Принципиально отличаясь от электролюминесцентных диодов, такой фотолюминесцентный полевой транзистор использует электрическое поле затвора для электростатического модулирования поверхностной плотности подвижных зарядов, тем самым влияя на радиационные и безызлучательные каналы рекомбинации фотоносителей. Изменение напряжения на затворе в таких транзисторах эффективно регулирует скорость безызлучательной поверхностной рекомбинации и модулирует интенсивность фотолюминесценции на 65–98% (в зависимости от температуры). При оптимальном смещении на затворе может быть достигнуто почти полное подавление нерадиационных потерь. Данная функциональность в сочетании с сильным поглощением и излучением в видимой области спектра (благодаря высокому коэффициенту поглощения), а также контролируемой толщиной и макроскопически однородной морфологией эпитаксиальных перовскитных пленок, позволяет реализовать высокие внешние квантовые выходы фотолюминесценции в крупноразмерных тонкопленочных устройствах. Такие высокоэффективные, масштабируемые, электростатически перестраиваемые оптоэлектронные переключатели расширяют потенциальные области применения металлогалогенидных перовскитов в фотонике и оптоэлектронике.
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.