光電探測器是一種可以將光信號轉(zhuǎn)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(lǐng)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(xiàn)出了優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)特性。其禁帶寬度約為1.55 eV,可見光范圍內(nèi)的光吸收系數(shù)高達(dá)10⁴～10⁵ cm^-1,載流子壽命長達(dá)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(xiàn)有基礎(chǔ)上更加深入地研究CH₃NH₃PbI₃的光學(xué)與電學(xué)特性、進(jìn)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(jié)構(gòu)都是十分必要的。半導(dǎo)體材料的光學(xué)常數(shù)、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(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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光電導(dǎo)型光電探測器結(jié)構(gòu)示意圖

第一章緒論7-空穴會被有效地分離和收集，從而產(chǎn)生光電流[11]。在p-n結(jié)型光電探測器的基礎(chǔ)上，引入了p-i-n結(jié)，即是將一層高阻的本征半導(dǎo)體（i型層）置于p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間。p-i-n結(jié)可以在i型層兩側(cè)的界面附近形成p-i和n-i兩個空間電荷區(qū)，從而產(chǎn)生內(nèi)建電常p-i-n結(jié)構(gòu)的光電探測器擁有更寬的耗盡區(qū)，能夠產(chǎn)生更多的光生電子-空穴對并在內(nèi)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(jié)光電探測器，基于p-i-n結(jié)的光電探測器量子效率更高，響應(yīng)速度更快。但p-i-n結(jié)型光電探測器多采用疊層結(jié)構(gòu)，工藝流程較為復(fù)雜，且由于需要額外的p型及n型半導(dǎo)體層，增加了器件的制備成本�；诮饘倥c半導(dǎo)體間的肖特基接觸所制備的自驅(qū)動光電探測器一般是金屬-半導(dǎo)體-金屬（MSM）結(jié)構(gòu)的器件。其原理如圖1-3所示：金屬與半導(dǎo)體接觸時，若金屬的功函數(shù)大于半導(dǎo)體（以n型半導(dǎo)體為例），則在半導(dǎo)體表面形成正的空間電荷區(qū)，電場方向由體內(nèi)指向表面。當(dāng)半導(dǎo)體兩端的金屬-半導(dǎo)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(chǎn)生內(nèi)建電勢，從而實現(xiàn)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(kuò)散電流的電荷存儲效應(yīng)，所以理論上可以有更高的響應(yīng)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(cè)肖特基勢壘的不對稱，以形成有效的內(nèi)建電場，產(chǎn)生自驅(qū)動效應(yīng)[12,13]。圖1-2（a）p-n結(jié)的空間電荷區(qū)示意圖；（b）基于p-n結(jié)的光電探測器工作原理示意圖。

華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文8鐵電光伏效應(yīng)可分為體光伏效應(yīng)和反常光伏效應(yīng)，其物理機制較為復(fù)雜，如位移電流、鐵電疇疇壁、肖特基結(jié)以及退極化場效應(yīng)等，而實際器件的工作可能源于多種機制的共同貢獻(xiàn)[14]。由于鐵電光伏效應(yīng)不受傳統(tǒng)p-n結(jié)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(zhuǎn)換效率[15,16]�；阼F電光伏效應(yīng)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(dāng)光照射到鐵電材料表面時，產(chǎn)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(chǎn)生光電流。具體的器件結(jié)構(gòu)可以分為如圖1-4（a）的垂直型和如圖1-4（b）的平面型�，F(xiàn)有研究較多的應(yīng)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(yīng)用中，也有以上述幾種機制和結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，再施以外加偏壓進(jìn)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(dǎo)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(yīng)的垂直型光電探測器結(jié)構(gòu)圖及原理圖；（b）基于鐵電光伏效應(yīng)的平面型光電探測器結(jié)構(gòu)圖及原理圖。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3217642