【摘 要】
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钙钛矿材料凭借光吸收能力强、缺陷密度低、载流子寿命和迁移率乘积高、室温下电阻率高等一系列优良特性,成为制备高灵敏度和快速响应的光电探测器的理想材料之一,它能够实现从深紫外到近红外波长范围的光响应,包括宽带、窄带光探测和高能粒子传感等,大量的实验证明钙钛矿材料在光电探测领域具有很好的发展前景。目前,基于钙钛矿材料的光电探测器成为了研究热点,材料特性和器件结构是影响光电探测器性能的关键因素,学者们一方
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钙钛矿材料凭借光吸收能力强、缺陷密度低、载流子寿命和迁移率乘积高、室温下电阻率高等一系列优良特性,成为制备高灵敏度和快速响应的光电探测器的理想材料之一,它能够实现从深紫外到近红外波长范围的光响应,包括宽带、窄带光探测和高能粒子传感等,大量的实验证明钙钛矿材料在光电探测领域具有很好的发展前景。目前,基于钙钛矿材料的光电探测器成为了研究热点,材料特性和器件结构是影响光电探测器性能的关键因素,学者们一方面通过改善材料晶界和缺陷密度来提高载流子传输能力,另一方面通过改良器件结构以获得高探测率和高响应速度等优良的性能参数。在实验的基础上,利用软件对不同材料和不同结构的光电探测器进行模拟仿真与优化设计,能够更好地为光电探测器的研究提供理论依据。因此,本文从仿真的角度对不同结构的光电探测器特性进行研究,分析探测器性能的影响因素,所做工作具体如下:（1）分析了PN结、PIN型和场效应管型光电探测器的结构组成和内部工作机制。利用COMSOL软件建立三种结构的光电探测器仿真模型,对比了不同结构探测器的光电特性。相比于PN结光电二极管,通过引入电子/空穴传输层和低掺杂的本征层,Cu2O/CH3NH3Pb I3/PCBM（富勒烯衍生化合物）结构PIN型光电探测器的光电流提高了3.3倍,开关比提高了2.1倍。场效应管型光电探测器的开启电压(1为0.2V;在栅极电压2V下,光电流约为0.15μA,电流开关比约为7.9×10~5。（2）研究了PIN型钙钛矿光电探测器中本征层材料、电子/空穴传输层以及本征层厚度对器件性能的影响。基于不同本征层材料CH3NH3Pb I3和Cs Pb Br3的光电探测器分别在波长为800nm和540nm时获得最大响应。另外,Cu2O作为空穴传输层的探测器光电流从0.12μA提高至2.39μA;而PCBM作为电子传输层由于其低电子迁移率和缺陷密度,在一定程度上减弱了光电探测器的I-V特性。通过数值软件模拟计算得到响应时间、量子效率与本征层厚度的关系,仿真结果为PIN型钙钛矿光电探测器中本征层材料与厚度以及电子/空穴传输层的选择提供了参考。
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