發(fā)布時間：2021-07-18 19:09

　　鈣鈦礦材料因其優(yōu)越的光學(xué)性能,高載流子遷移率,寬色域等優(yōu)勢成為當(dāng)今最具潛力的新型半導(dǎo)體材料之一。其中,有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料被廣泛應(yīng)用于太陽能電池且表現(xiàn)出高的效率。但其低的環(huán)境和熱穩(wěn)定性問題大大限制了材料的發(fā)展和應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上全無機(jī)鈣鈦礦材料脫穎而出,其相對于有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦更強(qiáng)的激子發(fā)光,更低的缺陷態(tài)密度,更高的環(huán)境和熱穩(wěn)定性等優(yōu)勢為鈣鈦礦材料的應(yīng)用提供了新的材料基礎(chǔ),成為下一代光電子器件的明星材料之一。但目前對材料的發(fā)光性質(zhì)的研究仍然處于起步階段,機(jī)理方面仍存在爭議,對材料的光學(xué)性能調(diào)控的研究仍然存在空缺。基于當(dāng)前的研究現(xiàn)狀,本文系統(tǒng)研究了CsPbBr₃和CsPb₂Br₅兩種鈣鈦礦材料的光子學(xué)性能,探索了其發(fā)光機(jī)理,具體研究工作分為以下兩個方面:（1）CsPbBr₃的光子學(xué)性能調(diào)控研究。采用溶液法大規(guī)模合成高質(zhì)量的CsPbBr₃微/納米線,使用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡以及能譜分析儀、顯微拉曼光譜儀等進(jìn)行了材料的物性表征,證實制備得到的CsPbBr₃

【文章來源】：湖南師范大學(xué)湖南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)CsPbBr3的晶格結(jié)構(gòu)

佑?體系的微腔光子產(chǎn)生強(qiáng)的耦合作用提供了優(yōu)異條件，進(jìn)而耦合產(chǎn)生激子、光子之間的共振態(tài)。這個過程產(chǎn)生的能量恰恰可在共振之間產(chǎn)生強(qiáng)振蕩并能夠持續(xù)保持長的振蕩時間和強(qiáng)度，耦合系數(shù)g>√(γ12+γ22)/2可用來確定兩者的耦合強(qiáng)度。我們知道能量在結(jié)構(gòu)中傳播的過程中會不可避免的產(chǎn)生損耗，但在此過程中腔內(nèi)的粒子耦合強(qiáng)度和傳播速度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于能量的損耗，這種情況下實現(xiàn)了相干態(tài)粒子之間的能量交換過程從而實現(xiàn)更大程度的激子與光子之間的耦合。從而形成了一種新的具有高耦合強(qiáng)度的局域化狀態(tài)即激子極化激元，整個過程如圖1-2（a）所示。圖1-2（a）典型的激子-光子作用原理圖。（b）能量狀態(tài)在矢量空間中的具體表示[30]。那么，這種新得到的局域化能量狀態(tài)可以在矢量空間中清晰的展示，可以表現(xiàn)為上極化子（UPB）和下極化子（LPB）兩個具體能量分支，矢量空間中反向

碩士學(xué)位論文4交叉的兩條能量分支曲線如圖1-2（b）所示，拉比能量是描述局域化狀態(tài)耦合強(qiáng)度大小的關(guān)鍵指標(biāo)。圖中交叉曲線的最小差值即為拉比能，具體數(shù)值可以通過公式2Ω=2√g2-(γcav2-γexc2)2/4[31,32]來準(zhǔn)確計算。一般材料體系雖已被證實結(jié)構(gòu)中存在激子和光子的耦合，但是不足的是其拉比分裂能處于一個較低的狀態(tài)，比如在傳統(tǒng)的易形成腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料ZnO、GaN[33,34]，而本文我們檢測到的鈣鈦礦材料中的拉比振蕩能遠(yuǎn)超這些材料。并且全無機(jī)鈣鈦礦材料中的強(qiáng)耦合實現(xiàn)了體系發(fā)光的較大增益，在上述過程中伴隨產(chǎn)生的還有極化子凝聚等現(xiàn)象，更大程度上拓寬了全無機(jī)鈣鈦礦材料的廣泛應(yīng)用。圖1-3(a)激光作用在樣品示意圖。(b)樣品的穩(wěn)態(tài)PL光譜。因此，具有激子和光子強(qiáng)耦合的材料結(jié)構(gòu)需要在其中形成高振蕩強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)條件且結(jié)構(gòu)中需要具有較高的激子狀態(tài)，使得材料的種類和材料的尺寸大小會對激子-光子的強(qiáng)耦合作用產(chǎn)生重要的影響。而我們所研究的CsPbBr3其納米線形貌結(jié)構(gòu)是形成結(jié)構(gòu)微腔的重要基礎(chǔ)，且相對于其他半導(dǎo)體材料更高的激子態(tài)和可控的尺寸制備優(yōu)勢均使得它成為獨特的材料結(jié)構(gòu)，成為研究調(diào)控體系光-物質(zhì)相互作用的重要載體。激子-光子的強(qiáng)耦合作用表現(xiàn)在全無機(jī)鈣鈦礦微納結(jié)構(gòu)的宏觀形態(tài)和穩(wěn)態(tài)PL光譜上的現(xiàn)象如圖1-3所示[28]，外界激光作用在納米線其中的一端時我們同時可以在另外一端觀察到明亮的發(fā)射，并且在穩(wěn)態(tài)PL光譜上可以觀察到主發(fā)射峰被連續(xù)的小發(fā)射峰組合替代，展示出了激子和光子之間強(qiáng)耦合振蕩。因此在我們的低維半導(dǎo)體光學(xué)實驗研究中，調(diào)控全無機(jī)鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)中的光-物質(zhì)作用對其在物理研究中的光子學(xué)性能調(diào)控研究、發(fā)光機(jī)理的解釋以及材料的全面應(yīng)用提供了重要的方向。


本文編號：3290188