基于金属氧化物半导体-钙钛矿高性能光电探测器的研究

• 作 者: 魏莎莉
• 出 处: 湖南大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 光电探测器 金属氧化物半导体 薄膜晶体管 钙钛矿 光电性能

有机-无机杂化钙钛矿有着较长的载流子扩散长度、较宽的光吸收、较小的激子束缚能等优异的特性,现已被广泛地应用于太阳能电池、光电探测器和发光二极管等光电器件中。然而,钙钛矿材料的低电导率以及钙钛矿材料与水分接触时发生降解导致的低稳定性仍然是目前研究的重点问题。本论文通过新开发的两步配体交换的方法来获得有规律的钙钛矿量子阱,并将其与金属氧化物半导体薄膜结合,在柔性衬底上设计出了一种高灵敏且稳定的准二维钙钛矿-铟镓锌氧薄膜异质结构的光电晶体管。本论文主要开展了以下几方面的研究,研究结果如下:1、通过射频磁控溅射的方法制备出金属氧化物半导体薄膜进,系统地研究了在不同温度、本底压强、溅射功率、工作压强和工作时间等条件下所制备出的金属氧化物半导体薄膜的微结构和晶体管特性。实验结果表明:我们通过调整参数制备了一种高性能的铟镓锌氧薄膜晶体管。该器件阈值电压约为-0.2 V,迁移率高达44.93 cm²/Vs,开关比为10⁸等良好的电学性能。2、基于一步前驱体溶液旋涂法制备了二维钙钛矿薄膜并对其形态表征和样品成分进行了分析。实验结果表明:合成的二维钙钛矿薄膜表面平滑,粗糙度约为8.7nm。我们使用X射线衍射光谱仪对植被的二维钙钛矿薄膜进行晶向结构测定,测得两个明显的钙钛矿成分特征的衍射峰（111,202）,其分别位于2θ约为14.2°和28.5°左右,这与已发表文献中二维钙钛矿XRD表征的峰值位置一致,且整个XRD图谱中峰的半高宽很窄,表明其良好的结晶性能。通过对其光谱的测试,发现二维钙钛矿相是遵循一定规律分布的。晶体的光致发光峰从760nm处连续变化到580nm,对应的光吸收峰也从740nm处变化到580nm处。3、基于新开发的两步配体交换法制备了有规律的准二位多相钙钛矿量子阱,进一步覆盖上金属氧化物薄膜（IGZO）进而制得PET/RF TIO/ALD Al₂O₃/quasi-2D perovskites/IGZO/Cr/Au结构的钙钛矿光电晶体管器件。同时,通过Keithley 4200和2912半导体分析仪测试了器件的电学性能,并对器件的形态和成分进行了表征。实验结果表明:该器件在457 nm处具有>10⁵ A/W的出色光响应值,并具有宽带隙光响应（457-1064 nm）。通过在耗尽状态下操作该器件,发现特定的探测率为5.1×10¹⁶ Jones,这是迄今为止报道的所有基于钙钛矿的光电探测器的最高记录值。另外,器件的红外存储保持恒定的电阻状态并且在10⁴秒内几乎不松弛。此外,用氧化膜覆盖钙钛矿光电晶体管结构,防止水分渗透并改善了器件稳定性。