钙钛矿CsPbBr3薄膜的生长机理及表面功能化对其场发射性能的影响

作     者：周思含 

作者单位：杭州师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毛宏颖;杨旭昕

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 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）] 0702[理学-物理学] 

主      题：CsPbBr3薄膜 粒径 生长机理 表面功能化 场发射 

摘      要：得益于金属卤化物钙钛矿薄膜自身优异的物理化学特性,包括可见光范围内较大的吸收系数,高载流子迁移率,通过多种方法实现带隙的连续可调,宽光谱吸收范围等优点,此类金属卤化物钙钛矿材料被广泛的应用于光电传感器,太阳能电池,发光二极管及激光器件领域。金属卤化物钙钛矿材料还具有较低的表面功函数,缺陷容忍性能强及较方便的制备不同形貌结构特征纳米晶等特点,这些特性有利于其在场发射器件中的应用。然而关于金属卤化物钙钛矿材料场发射性质的研究寥寥无几。鉴于此,探究钙钛矿薄膜的形成机理及表面功能化对其场发射性能的影响能有效的促进和拓宽钙钛矿材料在场发射器件中的应用。在探究钙钛矿薄膜的形成机理方面,我们通过双源共蒸发法分别在硅片、石墨烯、铜箔衬底制备了不同厚度的CsPbBr薄膜。使用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)观察晶粒生长状态和薄膜形成过程,X射线衍射器对所成薄膜进行晶相分析。我们的研究结构表明,无论在何种衬底表面,CsPbBr薄膜晶粒最初均呈现孤岛状生长,并随薄膜厚度增加呈现处小粒径晶粒逐渐消失,大粒径晶粒逐渐增多的趋势。这表明双源共蒸发法制备的CsPbBr薄膜满足Ostwald熟化机制。在探究表面功能化对CsPbBr薄膜场发射性能影响的方面,我们主要做了两部分的工作:1)Al表面功能化对CsPbBr薄膜场发射性能的影响。我们的研究结果表明Al修饰可以显著降低基于CsPbBr薄膜场发射器件的开启电场,且Al薄膜厚度对场发射器件性能的优化有关键作用。当在CsPbBr薄膜表面沉积10nm Al时,场发射器件的性能最佳,其开启电场由17.1 V/μm降低至7.3 V/μm,且场发射电流具有较好的稳定性。2)立方氮化硼(c BN)表面功能化对CsPbBr薄膜场发射性能的影响。经过150 C真空热处理后,场发射器件的开启电场与场增强因子分别由4.0 V/μm和2060变为3.375 V/μm和2490;BN表面功能化能够进一步优化器件性能,开启电场与场增强因子分别为2.875 V/μm和2518。场发射器件性能优化的原因包括真空热处理后电子发射尖端密度的增加与BN表面功能化导致的CsPbBrN型掺杂所引起的表面功函数降低。我们的研究结果表明经过真空热处理及BN表面功能化后,CsPbBr薄膜具有与传统场发射材料相似甚至更优异的场发射性能。本论文的研究为利用双源共蒸发法制备CsPbBr薄膜及优化薄膜质量提供了一条有效途径。此外,我们的研究结果表明,Al及c BN的表面功能化能有效调控CsPbBr薄膜的场发射性质,优化器件性能,为金属卤化物钙钛矿材料在场发射器件中的应用奠定一定的基础。