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高压下分子晶体sni4和GeI4的光电性质研究

高压下分子晶体SnI4和GeI4的光电性质研究

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作者：卢锐鸿吉林大学

学位级别：硕士

由于光电材料具有高的电子迁移率、高的光吸收系数以及带隙可调控等优势,使其在通信、光学检测、医疗卫生等各个领域都具有广泛的应用。但目前我们所开发的光电材料仍存在如环境条件下不稳定、探测带宽有限等局限,所以不断探索具有优异... 详细信息

由于光电材料具有高的电子迁移率、高的光吸收系数以及带隙可调控等优势,使其在通信、光学检测、医疗卫生等各个领域都具有广泛的应用。但目前我们所开发的光电材料仍存在如环境条件下不稳定、探测带宽有限等局限,所以不断探索具有优异光电性能的功能材料是推动光电工业发展的关键。其中分子晶体因其优异的光学、电学性质而受到人们的广泛关注。压力是调节晶格结构,改善材料的物理性质和化学性质的重要手段,可在调控材料性能的同时不引入其他杂质。近年来,人们发现压力可使分子晶体结构变化,改变分子间距和分子间相互作用,从而引发如相变、发光、金属化等丰富的物理现象出现,因此分子晶体在压力下的性能调控已成为人们广泛研究的课题。在本文中,我们选取了在常压下具有相同结构的分子晶体sni4以及GeI4作为研究对象,系统地研究了其高压下的结构相变以及光电性质。本论文的主要研究结果如下:1.利用高压原位X射线衍射（XRD）、Raman、紫外-可见吸收光谱、高压光电流测试等技术结合理论计算对sni4的高压光电行为以及机理进行了深入研究。发现在氙灯辐照下,7 GPa前sni4的光电流较小且保持相对稳定,当压力达到11.5 GPa时,其电阻率急剧下降,同时光电流与最初相比提升了5个数量级。值得注意的是,在红外激光作为辐照源时,随着压力增加,光电流提升了4个数量级。压力作用下sni4的光吸收边呈现红移,表明其带隙随压力增加而减小。进一步研究发现,sni4在7 GPa左右发生了结构相变,出现了新的金属相CP-II,金属相的比例随压力增加而逐渐增加。sni4光电性能的改善与金属相CP-II的出现紧密相关,金属相有效提高了其载流子浓度和近红外光区的光吸收能力,并促进了光生电子和空穴的分离,使光电流大幅度增加,同时还拓展了其光谱响应范围。2.利用高压原位XRD、Raman、紫外-可见吸收光谱、光电流测试等技术对GeI4的结构和光电特性进行了研究。研究发现,在氙灯辐照下,GeI4的光电流在8 GPa之前保持相对稳定,变化幅度较小,继续加压后,光电流急剧增加,在整个过程中,光电流有4个数量级的提升。在980 nm激光辐照下,光电流提升了2个数量级,响应度、外量子效率等也有大幅度的增加。进一步分析发现,GeI4在8 GPa左右出现了结构的相变,继而导致了其光电流的增强,随着压力的增加,GeI4带隙逐渐减小,带隙从最初的2.34 eV（常压）减小到0.75 eV（20 GPa）。这些结果表明,压力可以通过调控相组成来进一步调控GeI4的光电性能,不仅使其光响应得到了增强,也拓展了其光谱响应范围。

关键词：高压结构相变 sni4 GeI4 光电增强分子晶体

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