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基于混合阳离子钙钛矿及金属纳米颗粒掺杂的光探测器特性研究

基于混合阳离子钙钛矿及金属纳米颗粒掺杂的光探测器特性研究

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作者：薛永祥天津大学

学位级别：硕士

将光转换为电信号的光探测器(PD)已被广泛的应用工业和军事领域。工作物质的光电转换特性是决定光探测器特性的重要因素之一。有机无机卤化物钙钛矿(OIHP)材料是一种出色的光电材料,由于它具有宽吸收光谱范围、高的吸收系数、长的电荷... 详细信息

将光转换为电信号的光探测器(PD)已被广泛的应用工业和军事领域。工作物质的光电转换特性是决定光探测器特性的重要因素之一。有机无机卤化物钙钛矿(OIHP)材料是一种出色的光电材料,由于它具有宽吸收光谱范围、高的吸收系数、长的电荷载流子扩散长度,而且不同组成元素的钙钛矿材料带隙可调,可以有效的提高活性层对光生载流子的分离和传输。目前钙钛矿光探测器被认为是最有竞争力的下一代探测器之一。如何提高探测器的响应度,增强探测器的灵敏度是光探测器的核心问题。因此,本文主要围绕有机无机混合阳离子铅卤钙钛矿材料和光探测器的性能的研究,通过提高OIHP膜的成膜质量,设计了与钙钛矿材料兼容的纳米颗粒层,对纳米颗粒的表面等离激元效应对钙钛矿光探测器性能的影响进行了研究,其主要内容如下:1.研究了有机无机卤化物钙钛矿的成膜工艺;首先研究了不同条件下OIHP成膜质量对光探测器性能影响,实验结果表明较低转速下薄膜制备的光探测器具有较强的性能,其吸收光子能力最强,薄膜表面形貌均匀平整,所制备的光探测器综合性能最佳。随后,使用硫氰酸铅来提升OIHP膜的结晶质量。研究表明,添加硫氰酸铅制备的OIHP膜具有较大的晶粒尺寸和较小的粗糙度以及较少的针孔缺陷,可以有效地减小暗电流,提升器件的性能。同时,还探究了沟道宽度对器件性能的影响,实验结果表明随着沟道宽度的增加,器件的响应度将随之降低。最后,通过优化的工艺条件制备了具有高性能的MAFAPb I混合阳离子OIHP的光探测器。2.通过实验研究金属纳米颗粒的表面等离子共振效应对OIHP光探测器性能影响的研究。金属纳米颗粒掺杂利用两种方法,一种是真空蒸镀沉积,另一种是旋涂沉积。实验结果表明,Au纳米颗粒的表面等离激元效应提升了器件响应速度,上升时间提升了100%。但是光电特性测试表明,直接引入纳米颗粒会导致电子-空穴对在纳米颗粒表面发生复合,不利于器件的性能改善。通过增加PMMA隔离层改善后,金纳米颗粒掺杂钙钛矿光探测器的光电流得到了改善。利用化学还原法制备了金纳米颗粒,发现在低转速旋涂条件下纳米颗粒掺杂钙钛矿光探测器显示出了相对最佳的光电流和暗电流水平。

关键词：有机无机铅卤钙钛矿光探测器纳米颗粒成膜工艺晶粒尺寸

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