鈣鈦礦半導(dǎo)體具有較強的光吸收能力、較大的載流子遷移率以及廣泛可調(diào)節(jié)的直接帶隙,在光電器件應(yīng)用方面有著巨大的潛力。鈣鈦礦量子阱由于其特殊的一維受限結(jié)構(gòu),擁有較快的載流子復(fù)合過程與較強的發(fā)光性能,并且由于有機層氨基鹽陽離子為疏水材料,鈣鈦礦量子阱擁有較好的穩(wěn)定性,在外界環(huán)境中能夠長時間穩(wěn)定存在。在光電器件應(yīng)用中,載流子遷移率與復(fù)合過程對器件效率有著非常重要的意義,為了進一步優(yōu)化鈣鈦礦量子阱光電器件結(jié)構(gòu),提高器件效率,本論文利用時間分辨太赫茲光譜技術(shù),對具有不同結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦量子阱薄膜樣品進行探測,計算得到了各個樣品的載流子遷移率與復(fù)合速率,并對其進行對比。首先測量了鈣鈦礦量子阱薄膜樣品的載流子遷移率。通過改變量子阱有機層氨基鹽陽離子種類(正丁胺BA、苯乙胺PEA)與無機層層數(shù)(n=l,2,3,無窮),合成制備了七種鈣鈦礦量子阱薄膜樣品,分別對其進行太赫茲時域光譜探測,提取出復(fù)光致電導(dǎo)率,并對其進行Drude-Smith模型擬合,計算得到各個薄膜樣品的載流子遷移率。實驗得到三維鈣鈦礦體材料(MAPbl3,n=無窮)的載流子遷移率約為395 cm2V-1s-1,隨著無機層層數(shù)減小,鈣鈦礦量子阱載流子遷移率逐漸減小,無機層層數(shù)為1時,有機層陽離子為正丁胺的鈣鈦礦量子阱薄膜樣品載流子遷移率約為126 cm2V-1s-1;同時,對于無機層層數(shù)相同的鈣鈦礦量子阱,有機層陽離子為苯乙胺的薄膜樣品載流子遷移率大于有機層陽離子為正丁胺的薄膜樣品。載流子遷移率的變化主要與鈣鈦礦量子阱電子能帶結(jié)構(gòu)有關(guān),鈣鈦礦量子阱中載流子被束縛在勢阱內(nèi),改變有機層陽離子種類或無機層厚度,都會影響載流子受到限制效應(yīng)的強弱,從而改變載流子遷移率,量子限制效應(yīng)越強,載流子遷移率越小。然后探測了鈣鈦礦量子阱薄膜樣品的載流子復(fù)合過程。我們對各個薄膜樣品進行了皮秒時間分辨與納秒時間分辨的光泵浦太赫茲檢測,得到光致載流子復(fù)合過程,并對其進行速率方程擬合,計算得到了各個薄膜樣品的光致載流子復(fù)合速率。以有機層陽離子為苯乙胺,無機層層數(shù)為3的鈣鈦礦量子阱薄膜樣品為例,其單分子復(fù)合速率約為0.5×109 s-1,有效雙分子復(fù)合速率約為2.1×10-9 cm3s-1,有效俄歇復(fù)合速率約為0.06×10-27 cm6s-1。對比各個鈣鈦礦量子阱薄膜樣品的載流子復(fù)合速率,光致載流子有效雙分子復(fù)合速率與有效俄歇復(fù)合速率有著相似的變化趨勢,無機層厚層數(shù)n越大,有效雙分子復(fù)合速率與有效俄歇復(fù)合速率越大;對于無機層層數(shù)相同的鈣鈦礦量子阱,有機層陽離子為苯乙胺的薄膜樣品光致載流子有效雙分子與有效俄歇復(fù)合速率大于有機層陽離子為正丁胺的薄膜樣品;載流子單分子復(fù)合速率與鈣鈦礦量子阱結(jié)構(gòu)之間沒有明顯的依賴關(guān)系。這一現(xiàn)象主要與鈣鈦礦量子阱中量子限制效應(yīng)和激子結(jié)合能有關(guān),量子限制效應(yīng)越強,復(fù)合速率越快,激子結(jié)合能越小,材料內(nèi)自由載流子產(chǎn)生效率越大。而載流子單分子復(fù)合過程主要為單個電子、空穴被缺陷俘獲的過程,單分子復(fù)合速率與材料缺陷密度等因素有關(guān)。為了進一步提高鈣鈦礦量子阱光電器件效率,需要對其載流子遷移率與復(fù)合過程有更為清晰的認識,本論文對鈣鈦礦量子阱材料內(nèi)載流子動力學(xué)過程進行了探測,發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦量子阱結(jié)構(gòu)對載流子動力學(xué)過程的影響,并對其進行了對比和討論,為鈣鈦礦量子阱光電器件的進一步優(yōu)化提供了實驗數(shù)據(jù)與理論指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O471.1
【部分圖文】：

優(yōu)異的光電性質(zhì)，目前它在太陽能電池、發(fā)光二極管、激光器、光探測器以??及光催化等半導(dǎo)體器件領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注，并取得不少的研究成果［５－８］。??鈣鈦礦半導(dǎo)體材料的通式可表示為ＡＢＸ３，其晶體結(jié)構(gòu)如圖１．１。正二價??金屬陽離子（Ｂ）與相鄰的鹵素陰離子（Ｘ）結(jié)合形成（ＢＸ６）?４＿，結(jié)構(gòu)為正??八面體。正八面體離子團在空間呈簡單晶格排布，Ａ離子填充于八面體的空??隙之中。Ａ為有機或金屬陽離子，常見的有甲氨基（ＣＨ３ＮＨ３＋，ＭＡ）、甲??脈基（ＣＨ（ＮＨ２）２＋，ＦＡ）和銫離子（Ｃｓ＋）等［９］。??０令臂，〇Ａ??Ｉ?〇Ｂ??！?０—°?Ｘ??０—０－〇??圖１．１鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖［１０］。??基于鋼球模型所帶來的約束條件，Ａ離子的空間尺寸對鈣鈦礦結(jié)構(gòu)有著??很大的影響。用心、分別表示Ａ、Ｂ、Ｘ三種離子的波爾半徑，仏＋?／？ｘ??和心＋心即為Ａ－Ｘ和Ｂ－Ｘ的距離

考慮到Ｃ－Ｃ鍵或Ｃ－Ｎ鍵的鍵長約為１．４Ａ，只有由兩個或三含氫原子）組成的有機小分子，例如甲氨基離子［１２］，能夠滿鈣鈦礦八面體結(jié)構(gòu)中的一部分Ａ離子替換為某些大尺寸的有時，相鄰的兩個Ｘ離子之間的空間將不足以填充它，此時容１，鈣鈦礦立方體結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴重的扭曲，連續(xù)八面體結(jié)構(gòu)的無離子層分隔開，從而形成了鈣鈦礦量子阱的層狀結(jié)構(gòu)。??鈦礦量子阱的結(jié)構(gòu)通式為（Ｌ）２（Ａ）ｎ＿１ＢｎＸ３ｎ＋１，其中ｎ為連續(xù)兩間隔的鈣鈦礦八面體無機層的層數(shù)，對應(yīng)表示無機層的厚度；鹽陽離子，一般為脂肪族或芳香族烷基胺陽離子。鈣鈦礦量子如圖１．２，有機層和無機層相間排列，有機陽離子Ｌ之間通過ＴＩ華力自組裝在一起，形成有機分隔層，而有機層與無機層之間連［９．?１１］。??

而無機層金屬鹵素化合物的介電常數(shù)則達到了?６．１［１５］，由于兩者介電??常數(shù)的差異，有機層和無機層在鈣鈦礦量子阱結(jié)構(gòu)中分別扮演勢壘和勢阱的??角色，無機層為勢阱，有機層為勢壘，如圖１．３所示：??＝ｃｗ）?＾?§??§??＼?＼?Ｉ??ｒｉｉｒｕｍ?＾Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ?ｂａｎｄ??ｔ??Ｅｔ?Ｅｈｌ??１????—＼＊ａｌｅｎｃｅ?ｂａｎｄ??ｙｒ??圖１．３鈣鈦礦量子阱電子能帶結(jié)構(gòu)示意圖［１１Ｊ??對于大部分的鈣鈦礦量子阱材料，作為勢壘的有機層不會直接與入射光??發(fā)生反應(yīng)，光學(xué)躍遷能主要由無機層勢阱的帶隙決定。鈣鈦礦量子阱結(jié)構(gòu)中，??勢阱寬度主要由Ｂ和Ｘ離子之間距離決定，勢阱深度主要由Ｂ和Ｘ離子的??種類決定，而勢壘的寬度和高度則由有機陽離子Ｌ決定。我們可以通過改變??有機陽離子種類改變勢壘的高度和寬度，也可以通過改變鈣鈦礦無機層的成??分和層數(shù)來改變勢阱的深度和寬度，理論上，只需要選擇合適的有機組元和??無機組元就可以組裝出任意的鈣鈦礦量子阱電子能帶結(jié)構(gòu)［１６，?１７］。??在鈣鈦礦量子阱中
【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 羅江財;;半導(dǎo)體超晶格和量子阱結(jié)構(gòu)淺談[J];半導(dǎo)體光電;1987年01期

2 吳光恒;;超小結(jié)構(gòu)刻蝕量子阱的光學(xué)特性[J];發(fā)光快報;1987年01期

3 ;消息[J];發(fā)光快報;1987年04期

4 孔梅影,孫殿照,梁基本,黃運衡,曾一平;優(yōu)質(zhì)量子阱的MBE生長和性能研究[J];固體電子學(xué)研究與進展;1988年01期

5 沈?qū)W礎(chǔ);半導(dǎo)體超晶格和量子阱中量子態(tài)的光譜研究[J];物理學(xué)進展;1988年04期

6 徐仲英,葛惟錕;量子阱光學(xué)過程的瞬態(tài)特性[J];物理;1988年05期

7 陳一民,徐敘瑢;半導(dǎo)體微晶電了激發(fā)態(tài)的量子尺寸效應(yīng)[J];發(fā)光學(xué)報;1988年02期

8 范緹文;多量子阱結(jié)構(gòu)不均勻性的TEM觀察[J];半導(dǎo)體學(xué)報;1988年02期

9 梁基本,孔梅影,孫殿照,曾一平,黃運衡;分子束外延高質(zhì)量GaAs-AlGaAs量子阱結(jié)構(gòu)[J];半導(dǎo)體學(xué)報;1988年02期

10 徐仲英,許繼宗,葛惟錕,鄭寶真,T.G.Andersson,Z.G.Chen;InGaAs-GaAs應(yīng)變量子阱的光學(xué)性質(zhì)[J];半導(dǎo)體學(xué)報;1988年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 吳海燕;氮化物多量子阱結(jié)構(gòu)光電器件性能研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所);2018年

2 吳慶豐;含V形坑的Si襯底GaN基單量子阱綠光LED有源區(qū)研究[D];南昌大學(xué);2019年

3 齊維靖;準備層及量子阱區(qū)生長條件對Si襯底GaN基LED性能影響的研究[D];南昌大學(xué);2018年

4 朱亞丹;界面處理調(diào)控InGaN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)光學(xué)性能的研究[D];太原理工大學(xué);2018年

5 陶喜霞;高光效硅襯底GaN基黃光發(fā)光二極管發(fā)光性能研究[D];南昌大學(xué);2018年

6 尚林;GaN基LED不同功能層的MOCVD生長及其性能研究[D];太原理工大學(xué);2016年

7 宮箭;雙勢壘拋物量子阱結(jié)構(gòu)中的電子隧穿[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2005年

8 金華;ZnTe基和ZnSe基復(fù)合結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2005年

9 王志平;拋物量子阱中的類氫雜質(zhì)態(tài)和激子[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2005年

10 徐枝新;耦合量子阱能級特性與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究[D];浙江大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 陳鴻飛;鈣鈦礦量子阱中載流子動力學(xué)的研究[D];南京大學(xué);2019年

2 楊哲;低維系統(tǒng)中的集體激發(fā)譜的研究[D];長沙理工大學(xué);2017年

3 馬淑芳;GaAs/AlGaAs耦合雙拋物量子阱中電子子帶躍遷光吸收[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2018年

4 智民;GaAs/AlGaAs量子阱生長及結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究[D];長春理工大學(xué);2018年

5 劉燕玲;Si/Si_(1-x)Ge_x量子阱APD增強紅外吸收的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

6 劉亞瑩;InGaN/AlGaInN量子阱發(fā)光特性的研究[D];南京大學(xué);2018年

7 王月;含耦合量子阱應(yīng)變可調(diào)微管的研究[D];上海師范大學(xué);2018年

8 李晶晶;張應(yīng)變GaInP量子阱激光器外延材料特性分析[D];西安理工大學(xué);2018年

9 李群;緩沖層對量子阱二能級系統(tǒng)中電子子帶間躍遷光吸收的影響[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2017年

10 趙德威;有機多層量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光特性研究[D];北京交通大學(xué);2007年

本文編號：2889991