基于NiO和CH3NH3PbI3薄膜的光电器件研究

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金属氧化物半导体薄膜晶体管(TFTs)在显示领域应用的快速发展,极大的挑战着硅材料在透明显示领域的地位。然而报道多集中于n型氧化物TFTs,p型氧化物薄膜晶体管的缺少严重限制了氧化物薄膜晶体管的应用,而且阻碍了逻辑电路透明器件的发展。氧化镍(NiO)作为一种p型导电的金属氧化物半导体,广泛应用于透明电子器件(诸如紫外光探测器、传感器、发光二极管、太阳能电池等)领域。然而,基于NiO薄膜的p型薄膜晶体管的报道依然很少,而且器件的开态电流和开关比分别为10-7A和103,这些参数很难和n型氧化物器件相比,仍需研究者们共同努力,推进NiO薄膜器件的开发和应用。  宽光谱光探测器(PDs)在射线测量、环境检测、昼夜监测、自动控制、遥感等领域广泛使用。目前,关于宽光谱光探测器件的研究多集中Si材料,但其制备工艺复杂、成本高昂。寻找一种高效的、易加工的光吸收材料迫在眉睫。甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)钙钛矿是是近几年来最受关注的新兴材料之一,钙钛矿材料具有易加工、光吸收系数大、缺陷密度低等优点,钙钛矿材料有望成为高效PDs的主要材料之一。目前,研究者们的报道多集中于光伏型的PDs,由于高质量的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜难于制备,平面结构的光电导型PDs的报道很少。光电导型的PDs具有结构简单、易于制备等特点,更加有利于实现钙钛矿PDs的大批量生产。因此,开展基于钙钛矿薄膜的光电导型PDs研究十分重要。  本论文简要介绍了NiO和CH3NH3PbI3钙钛矿材料的晶体结构、光电特性、薄膜制备技术及其光电器件的研究进展,以及薄膜晶体管和光探测器的工作原理和制备过程,并给出了评价器件优劣的具体参数。具体工作内容如下:  首先,我们使用脉冲激光沉积(PLD)技术制备了NiO和Li:NiO薄膜,在此基础上制备了Li:NiO/NiO薄膜晶体管器件,与NiO器件相比,Li:NiO层的存在显著提高了NiO基薄膜晶体管的开态电流,从而使得Li:NiO/NiO器件表现出更高的开关比和场效应迁移率。  其次,我们采用两步旋涂法制备了平整致密的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜,与一步旋涂法相比,两步法可以更好的控制PbI2和CH3NH3PbI3形成过程,从而可以更加可靠的控制CH3NH3PbI3薄膜的形貌。并在此基础上,我们成功制备了光探测器,可以实现13~400μW/cm2光照能量密度的探测,并且响应时间163ms,可探测的最低光照能量密度为13μW/cm2。
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