甲胺鉛碘薄膜的光電子特性及其高性能光電探測器研究
發(fā)布時間：2021-06-08 03:56
光電探測器是一種可以將光信號轉換為電信號的器件,被廣泛運用于工業(yè)控制、光通信、醫(yī)療影像、環(huán)境監(jiān)測及航空航天等諸多領域。近年來,有機-無機雜化鈣鈦礦尤其是最具代表性的CH3NH3PbI3展現出了優(yōu)異的光學和電學特性。其禁帶寬度約為1.55 eV,可見光范圍內的光吸收系數高達104～105 cm-1,載流子壽命長達102～103 ns,且擁有良好的機械柔韌性,適合用于光電子器件的制備。大量的研究也表明CH3NH3PbI3光電探測器能夠擁有優(yōu)異的光電檢測能力,且在透明、柔性等方面具備獨特的優(yōu)勢。因此,在現有基礎上更加深入地研究CH3NH3PbI3的光學與電學特性、進一步優(yōu)化和提高器件性能和穩(wěn)定性、以及提出新的器件結構都是十分必要的。半導體材料的光學常數、禁帶寬度、烏爾巴赫帶尾對器件的性能有...
【文章來源】：華東師范大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：121 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
光電導型光電探測器結構示意圖
第一章緒論7-空穴會被有效地分離和收集，從而產生光電流[11]。在p-n結型光電探測器的基礎上，引入了p-i-n結，即是將一層高阻的本征半導體（i型層）置于p型半導體和n型半導體之間。p-i-n結可以在i型層兩側的界面附近形成p-i和n-i兩個空間電荷區(qū)，從而產生內建電常p-i-n結構的光電探測器擁有更寬的耗盡區(qū)，能夠產生更多的光生電子-空穴對并在內建電場的作用下被快速有效地分離和收集，所以相對于p-n結光電探測器，基于p-i-n結的光電探測器量子效率更高，響應速度更快。但p-i-n結型光電探測器多采用疊層結構，工藝流程較為復雜，且由于需要額外的p型及n型半導體層，增加了器件的制備成本�；诮饘倥c半導體間的肖特基接觸所制備的自驅動光電探測器一般是金屬-半導體-金屬（MSM）結構的器件。其原理如圖1-3所示：金屬與半導體接觸時，若金屬的功函數大于半導體（以n型半導體為例），則在半導體表面形成正的空間電荷區(qū)，電場方向由體內指向表面。當半導體兩端的金屬-半導體接觸方式不同或兩端肖特基勢壘高度不同時，兩個相反的電場強度無法相互抵消，使得器件產生內建電勢，從而實現光生載流子分離和收集，在外部回路中會形成光電流�；谛ぬ鼗佑|的光電探測器是多子器件，沒有少子擴散電流的電荷存儲效應，所以理論上可以有更高的響應速度。利用該原理制備的光電探測器一般會使用兩種不同的材料作為電極，造成器件兩側肖特基勢壘的不對稱，以形成有效的內建電場，產生自驅動效應[12,13]。圖1-2（a）p-n結的空間電荷區(qū)示意圖；（b）基于p-n結的光電探測器工作原理示意圖。
華東師范大學博士學位論文8鐵電光伏效應可分為體光伏效應和反常光伏效應，其物理機制較為復雜，如位移電流、鐵電疇疇壁、肖特基結以及退極化場效應等，而實際器件的工作可能源于多種機制的共同貢獻[14]。由于鐵電光伏效應不受傳統p-n結光伏器件的肖克利奎伊瑟（Shockley-Queisser）極限限制，所以有望獲得更高的光電轉換效率[15,16]�；阼F電光伏效應的光電探測器的工作原理是：在鐵電材料的兩端施加一個足夠強的電場，撤掉這個外電場后，鐵電材料仍保持有一個剩余極化強度。當光照射到鐵電材料表面時，產生的光生載流子在剩余極化的作用下被有效分離，由電極收集后產生光電流。具體的器件結構可以分為如圖1-4（a）的垂直型和如圖1-4（b）的平面型�，F有研究較多的應用于鐵電光伏器件的材料主要包括BeFeO3、Pb(ZrxTi1-x)O3、LiNbO3等[17]。在實際的研究和應用中，也有以上述幾種機制和結構為基礎，再施以外加偏壓進行工作的高性能光電探測[18]。然而此類光電探測器無法歸類于光電導型或自圖1-3基于肖特基接觸的光電探測器能帶示意圖。圖1-4（a）基于鐵電光伏效應的垂直型光電探測器結構圖及原理圖；（b）基于鐵電光伏效應的平面型光電探測器結構圖及原理圖。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高效穩(wěn)定錫基鈣鈦礦太陽電池（英文）[J]. 郝鋒,譚海仁,靳志文,丁黎明. Science Bulletin. 2020(10)
[2]Formamidinium Lead Bromide （FAPbBr3） Perovskite Microcrystals for Sensitive and Fast Photodetectors[J]. Fengying Zhang,Bin Yang,Kaibo Zheng,Songqiu Yang,Yajuan Li,Weiqiao Deng,Rongxing He. Nano-Micro Letters. 2018(03)
[3]Lead-free organic-inorganic halide perovskites grown with nontoxic solvents[J]. Guozhong Cao. Science Bulletin. 2017(13)
[4]橢圓偏振研究濺射氣壓對錳膜光學性質的影響[J]. 唐華杰,張晉敏,金浩,邵飛,胡維前,謝泉. 紅外與毫米波學報. 2015(03)
[5]半導體氮化物AlInN的光學性質[J]. 蔣立峰,沈文忠,郭其新. 紅外與毫米波學報. 2011(03)
博士論文
[1]鐿激活的紅外下轉換材料和鉍銪共摻氧化釓的制備及發(fā)光性質表征[D]. 韋先濤.中國科學技術大學 2010
本文編號：3217642
【文章來源】：華東師范大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：121 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
光電導型光電探測器結構示意圖
第一章緒論7-空穴會被有效地分離和收集，從而產生光電流[11]。在p-n結型光電探測器的基礎上，引入了p-i-n結，即是將一層高阻的本征半導體（i型層）置于p型半導體和n型半導體之間。p-i-n結可以在i型層兩側的界面附近形成p-i和n-i兩個空間電荷區(qū)，從而產生內建電常p-i-n結構的光電探測器擁有更寬的耗盡區(qū)，能夠產生更多的光生電子-空穴對并在內建電場的作用下被快速有效地分離和收集，所以相對于p-n結光電探測器，基于p-i-n結的光電探測器量子效率更高，響應速度更快。但p-i-n結型光電探測器多采用疊層結構，工藝流程較為復雜，且由于需要額外的p型及n型半導體層，增加了器件的制備成本�；诮饘倥c半導體間的肖特基接觸所制備的自驅動光電探測器一般是金屬-半導體-金屬（MSM）結構的器件。其原理如圖1-3所示：金屬與半導體接觸時，若金屬的功函數大于半導體（以n型半導體為例），則在半導體表面形成正的空間電荷區(qū)，電場方向由體內指向表面。當半導體兩端的金屬-半導體接觸方式不同或兩端肖特基勢壘高度不同時，兩個相反的電場強度無法相互抵消，使得器件產生內建電勢，從而實現光生載流子分離和收集，在外部回路中會形成光電流�；谛ぬ鼗佑|的光電探測器是多子器件，沒有少子擴散電流的電荷存儲效應，所以理論上可以有更高的響應速度。利用該原理制備的光電探測器一般會使用兩種不同的材料作為電極，造成器件兩側肖特基勢壘的不對稱，以形成有效的內建電場，產生自驅動效應[12,13]。圖1-2（a）p-n結的空間電荷區(qū)示意圖；（b）基于p-n結的光電探測器工作原理示意圖。
華東師范大學博士學位論文8鐵電光伏效應可分為體光伏效應和反常光伏效應，其物理機制較為復雜，如位移電流、鐵電疇疇壁、肖特基結以及退極化場效應等，而實際器件的工作可能源于多種機制的共同貢獻[14]。由于鐵電光伏效應不受傳統p-n結光伏器件的肖克利奎伊瑟（Shockley-Queisser）極限限制，所以有望獲得更高的光電轉換效率[15,16]�；阼F電光伏效應的光電探測器的工作原理是：在鐵電材料的兩端施加一個足夠強的電場，撤掉這個外電場后，鐵電材料仍保持有一個剩余極化強度。當光照射到鐵電材料表面時，產生的光生載流子在剩余極化的作用下被有效分離，由電極收集后產生光電流。具體的器件結構可以分為如圖1-4（a）的垂直型和如圖1-4（b）的平面型�，F有研究較多的應用于鐵電光伏器件的材料主要包括BeFeO3、Pb(ZrxTi1-x)O3、LiNbO3等[17]。在實際的研究和應用中，也有以上述幾種機制和結構為基礎，再施以外加偏壓進行工作的高性能光電探測[18]。然而此類光電探測器無法歸類于光電導型或自圖1-3基于肖特基接觸的光電探測器能帶示意圖。圖1-4（a）基于鐵電光伏效應的垂直型光電探測器結構圖及原理圖；（b）基于鐵電光伏效應的平面型光電探測器結構圖及原理圖。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高效穩(wěn)定錫基鈣鈦礦太陽電池（英文）[J]. 郝鋒,譚海仁,靳志文,丁黎明. Science Bulletin. 2020(10)
[2]Formamidinium Lead Bromide （FAPbBr3） Perovskite Microcrystals for Sensitive and Fast Photodetectors[J]. Fengying Zhang,Bin Yang,Kaibo Zheng,Songqiu Yang,Yajuan Li,Weiqiao Deng,Rongxing He. Nano-Micro Letters. 2018(03)
[3]Lead-free organic-inorganic halide perovskites grown with nontoxic solvents[J]. Guozhong Cao. Science Bulletin. 2017(13)
[4]橢圓偏振研究濺射氣壓對錳膜光學性質的影響[J]. 唐華杰,張晉敏,金浩,邵飛,胡維前,謝泉. 紅外與毫米波學報. 2015(03)
[5]半導體氮化物AlInN的光學性質[J]. 蔣立峰,沈文忠,郭其新. 紅外與毫米波學報. 2011(03)
博士論文
[1]鐿激活的紅外下轉換材料和鉍銪共摻氧化釓的制備及發(fā)光性質表征[D]. 韋先濤.中國科學技術大學 2010
本文編號：3217642
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