高k栅极/钙钛矿晶体管制备及其光电双重调控特性研究摘要
基于钙钛矿材料的光电晶体管具有易于制备、吸收系数大以及能带结构易于调控等优点,且可被栅压及光场协同调控,这一系列优点使其成为光电集成系统中的关键器件,但目前仍存在诸多问题制约其性能的提高。本课题采用FAPb I3作为有源层,使用HfO2高K材料替代常用的SiO2作为介电层制备高性能光电晶体管,研究了钙钛矿自诱导钝化对器件性能的影响,为平板结构光电子器件发展提供理论支持。使用原子层沉积法制备了HfO2介电薄膜,研究了基底预处理、沉积温度和沉积循环周期等工艺参数对薄膜介电性能的影响规律。通过AFM、XRD、XPS、TEM及介电性能测试等表征方法对薄膜的形貌、物相组成和介电性能进行了分析。研究结果表明,使用ALD技术制备出的HfO2薄膜主要以无定形态方式存在。基底前处理过程对薄膜的均匀性影响很大,使用Plasma处理后的基底具有良好的均匀性和极低的表面粗糙度。温度主要影响薄膜的漏电流和介电常数,200℃下沉积的薄膜电学性能最优。沉积循环数与薄膜厚度呈良好的线性关系,400循环沉积的薄膜漏电流和介电常数均达到最优。使用两步旋涂法制备甲脒碘化铅钙钛矿薄膜,重点研究了溶剂、退火温度和两步法的第一步转速对薄膜形貌、物相组成和光电性能的影响。通过SEM、XRD、PL、UV-Vis、I-V特性测试等手段对薄膜进行表征,实验结果表明通过使用DMF-DMSO混合溶剂的方法可以有效降低平板结构器件中PbI2的残留,相比于使用纯DMF溶剂薄膜的结晶性更好、光电性能更优。150℃温度退火,4500 r.p.m.转速下制备的薄膜性能最优。以ALD沉积的HfO2薄膜为介电层,钙钛矿为有源层制备薄膜晶体管。研究了自诱导钝化对器件界面和宏观性能的影响,使用SEM、XRD、PL、UV-Vis、PL、TRPL、中子反射等手段对器件进行了表征,实验结果证明钙钛矿自诱导钝化机制的引入可以有效钝化界面、提高载流子寿命进而影响器件性能。使用这种方法制备的器件呈现出明显的双极性晶体管的特点,光响应度高达400 A W-1。
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