全无机钙钛矿薄膜紫外光晶体管探测器的研究

作     者：唐晟 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李青

授予年度：2021年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：全无机钙钛矿 CsPbBr3薄膜 CsPbCl3薄膜 光晶体管 紫外探测器 

摘      要：全无机卤化物钙钛矿(AIHPs)因其固有的高光吸收系数和优越的环境稳定性而引起人们的广泛关注,然而可见盲紫外波段探测器方面的研究仍然较少。本文致力于研究基于溶液法制备的AIHPs薄膜材料的高性能紫外探测器。首先通过对比多种AIHPs薄膜制备工艺,确定了最优的方案。在此基础上制备了基于AIHPs薄膜的光晶体管型探测器,并通过卤素元素组分的调节,将探测截止波长蓝移到紫外波段,为实现可见盲紫外探测奠定基础。取得的主要结果包含以下四个方面:1、CsPbBr薄膜的制备工艺的优化。首先研究了几种溶液法制备CsPbBr多晶薄膜的主流方法,最后确定了多次旋涂法的制备方案。对制备的薄膜进行了结晶性,微观形貌和缺陷密度等性能表征,结果表明获得结晶度高、致密性好和缺陷密度低的薄膜。通过光学特性的分析,CsPbBr薄膜直接带隙为2.36 e V可满足紫外-可见光波段探测带隙需要。2、将薄膜与晶体管结构相结合制备了以CsPbBr薄膜为有源层的光晶体管型探测器。为了进一步提高探测性能,将CsPbBr薄膜和非晶氧化铟镓锌(IGZO)薄膜结合,设计了复合有源层光晶体管,利用IGZO层有效地从CsPbBr中提取光载流子,以实现高探测性和快速响应。该器件的开关比可达到3.2×10,在510nm波长处器件的响应率可达10.7A/W、探测率达到1.8×10Jones,同时具有4.9ms/15ms的快速响应和123d B的宽线性动态范围。3、为将探测波段移向紫外段,对无机钙钛矿卤素元素的组分进行了调节。采用多次旋涂法制备了Cs Pb Cl薄膜并优化了制备工艺,获得了致密性好、结晶度高的Cs Pb Cl薄膜,其禁带宽度为2.91e V,将AIHPs薄膜的吸收截止波长蓝移到紫外波段。4、在高性能CsPbBr/IGZO复合有源层光晶体管技术基础上,完成了基于Cs Pb Cl薄膜的光晶体管探测器的制备以及性能优化。首先制备了以Cs Pb Cl薄膜为有源层的光晶体管型探测器,获得了可见盲紫外的光电探测器。进一步将Cs Pb Cl薄膜与IGZO-TFT结合,获得了IGZO/Cs Pb Cl复合沟道层的光晶体管紫外探测器。主要性能参数为开关比为520,在350nm的紫外波段处器件的响应度和探测度达到了0.43A/W和6.4×10Jones,同时具有7.1ms/7.0ms的快速响应。本论文利用AIHPs薄膜材料来制备了高性能的探测器,为可见盲紫外波段的光电探测器的研究奠定一定的工作基础。