本文關(guān)鍵詞：典型金屬氧化物的光生載流子動(dòng)力學(xué)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：金屬氧化物材料因具有結(jié)構(gòu)多變、易于調(diào)控和關(guān)聯(lián)性強(qiáng)等特點(diǎn),在太陽(yáng)能電池、光催化、紫外激光器、集成光波導(dǎo)、自旋電子學(xué)、薄膜晶體管、壓電傳感器等領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景。金屬氧化物的宏觀性質(zhì)與材料內(nèi)部微觀極化的相互作用相關(guān)。測(cè)量金屬氧化物材料的光生載流子動(dòng)力學(xué)響應(yīng)不僅可以了解材料內(nèi)電子-聲子相互作用和缺陷態(tài)束縛等信息,而且可以確定相關(guān)材料的載流子壽命和吸收截面等光物理參數(shù),對(duì)金屬氧化物材料的研究具有十分重要的意義。本論文按照關(guān)聯(lián)性從弱到強(qiáng)的順序,利用時(shí)間分辨的泵浦探測(cè)方法對(duì)幾種典型金屬氧化物材料的光生載流子動(dòng)力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。開(kāi)展的研究工作如下:(1)利用帶相位物體的時(shí)間分辨泵浦探測(cè)方法,對(duì)532 nm皮秒脈沖激發(fā)下氧化鋅單晶中雙光子吸收誘導(dǎo)的載流子恢復(fù)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。發(fā)現(xiàn)氧化鋅單晶的載流子恢復(fù)動(dòng)力學(xué)與激發(fā)光強(qiáng)相關(guān)。在入射泵浦光強(qiáng)大于0.4 GW/cm2時(shí),氧化鋅晶體中的鋅空位發(fā)生熱電離從而誘導(dǎo)了一個(gè)載流子恢復(fù)中心,導(dǎo)致了一個(gè)約200 ps的載流子恢復(fù)過(guò)程。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了一個(gè)雙通道恢復(fù)模型,確定了氧化鋅中載流子相關(guān)和缺陷態(tài)相關(guān)的光物理參數(shù)。(2)利用飛秒激光脈沖激發(fā)的瞬態(tài)吸收譜,對(duì)不同化學(xué)計(jì)量比氧化錫Sn Ox(1≤x≤2)薄膜的超快載流子恢復(fù)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)氧含量的增高會(huì)導(dǎo)致氧化錫材料的帶隙寬度增大,氧化錫薄膜的光吸收機(jī)制也與化學(xué)計(jì)量比直接相關(guān)。三種氧化錫薄膜的載流子恢復(fù)過(guò)程均包含了約1 ps的超快過(guò)程、10 ps的中間過(guò)程和納秒時(shí)域的緩慢恢復(fù)。分析了氧化錫Sn Ox(1≤x≤2)薄膜的光物理參數(shù),并討論了光生載流子的恢復(fù)機(jī)制。(3)利用皮秒脈沖激發(fā)的帶相位物體時(shí)間分辨泵浦探測(cè)方法,對(duì)鈣鈦礦氧化物鈦酸鍶單晶的載流子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的光物理參數(shù),確定鈦酸鍶的光生載流子不是自由載流子,而是受電子-聲子耦合效應(yīng)影響形成的大極化子。通過(guò)飛秒瞬態(tài)吸收譜,分析了鈦酸鍶微觀自由度的形成動(dòng)力學(xué)過(guò)程。發(fā)現(xiàn)鈦酸鍶材料的電子-電子耦合和電子-聲子耦合效應(yīng)都是超快過(guò)程,其時(shí)間小于300 fs。(4)利用不同波長(zhǎng)激發(fā)的飛秒瞬態(tài)吸收譜,對(duì)有形變和無(wú)形變的鈦酸銪薄膜的超快載流子恢復(fù)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。發(fā)現(xiàn)形變對(duì)鈦酸銪材料的p-d系間躍遷無(wú)作用,但對(duì)f-d系間躍遷有很大影響。分析了有形變和無(wú)形變情況下p-d和f-d系間躍遷產(chǎn)生的載流子壽命參數(shù),發(fā)現(xiàn)鈦酸銪材料的光生載流子經(jīng)歷了一個(gè)約1.5 ps的弛豫過(guò)程,該過(guò)程與材料內(nèi)部的電子-聲子相互作用有關(guān)。本文研究結(jié)果表明了電子-聲子耦合效應(yīng)、化學(xué)計(jì)量比兩種內(nèi)在因素和形變、光誘導(dǎo)缺陷態(tài)兩種外在因素對(duì)金屬氧化物材料光生載流子動(dòng)力學(xué)的影響,對(duì)研究相關(guān)材料的光物理機(jī)制有一定的意義。研究確定的載流子壽命、載流子吸收截面和折射體積信息對(duì)未來(lái)發(fā)展新一代氧化物光電子學(xué)器件提供了必要的參考。
【關(guān)鍵詞】：金屬氧化物 載流子動(dòng)力學(xué) 泵浦探測(cè) 瞬態(tài)吸收譜
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ123.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-27
• 1.1 課題背景12-15
• 1.2 時(shí)間分辨光譜測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介15-19
• 1.3 金屬氧化物材料的光生載流子動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀19-25
• 1.4 本論文的研究目的及意義25-26
• 1.5 論文各章內(nèi)容安排26-27
• 第2章 光誘導(dǎo)缺陷態(tài)對(duì)氧化鋅載流子動(dòng)力學(xué)的影響27-48
• 2.1 氧化鋅的基本物理性質(zhì)27-30
• 2.2 帶相位物體的時(shí)間分辨泵浦探測(cè)實(shí)驗(yàn)30-33
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)光路30-31
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)原理31-33
• 2.3 雙光子吸收誘導(dǎo)載流子動(dòng)力學(xué)理論33-37
• 2.3.1 雙光子吸收的原理33-35
• 2.3.2 半導(dǎo)體介電常數(shù)變化的物理機(jī)制35-37
• 2.4 皮秒時(shí)域氧化鋅雙光子吸收誘導(dǎo)載流子動(dòng)力學(xué)特性37-42
• 2.4.1 低激發(fā)光強(qiáng)下載流子動(dòng)力學(xué)行為37-39
• 2.4.2 高激發(fā)光強(qiáng)下載流子動(dòng)力學(xué)行為39-42
• 2.5 亞納秒恢復(fù)的物理機(jī)制討論42-47
• 2.6 本章小結(jié)47-48
• 第3章 不同配比氧化錫薄膜的光生載流子動(dòng)力學(xué)48-63
• 3.1 氧化錫與氧化亞錫研究進(jìn)展48-51
• 3.2 飛秒瞬態(tài)吸收譜51-54
• 3.3 SnO_2,SnO和SnO_x薄膜的超快載流子動(dòng)力學(xué)54-60
• 3.3.1 材料制備與表征54-56
• 3.3.2 不同配比氧化錫薄膜的飛秒瞬態(tài)吸收譜56-60
• 3.4 氧化錫光生載流子的恢復(fù)機(jī)制60-62
• 3.5 本章小結(jié)62-63
• 第4章 鈦酸鍶光生載流子動(dòng)力學(xué)中的電聲耦合效應(yīng)研究63-75
• 4.1 鈣鈦礦鈦酸鍶研究現(xiàn)狀63-66
• 4.2 鈦酸鍶的電聲耦合效應(yīng)理論66-68
• 4.3 電聲耦合效應(yīng)對(duì)皮秒時(shí)域鈦酸鍶光生載流子動(dòng)力學(xué)的影響68-71
• 4.4 鈦酸鍶電子-聲子耦合效應(yīng)的超快光探測(cè)71-74
• 4.5 本章小結(jié)74-75
• 第5章 形變對(duì)鈦酸銪薄膜光生載流子動(dòng)力學(xué)的影響75-90
• 5.1 多鐵材料鈦酸銪簡(jiǎn)介75-78
• 5.2 鈦酸銪薄膜的制備與線性光學(xué)性質(zhì)78-80
• 5.3 立方相和四方相鈦酸銪薄膜的光生載流子動(dòng)力學(xué)80-86
• 5.3.1 p-d系間躍遷的飛秒瞬態(tài)吸收譜81-83
• 5.3.2 f-d系間躍遷的飛秒瞬態(tài)吸收譜83-86
• 5.4 鈦酸銪材料的光物理機(jī)制分析86-88
• 5.5 本章小結(jié)88-90
• 結(jié)論90-92
• 參考文獻(xiàn)92-107
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果107-111
• 致謝111-112
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷112

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本文編號(hào)：262460