高压下CuI的电输运性质研究

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碘化亚铜(CuI)作为无机铜基p型半导体材料,凭借其低成本和易制备等优点,近年来引起了人们的普遍关注。CuI具有宽的光学直接带隙、高的空穴迁移率和薄膜对可见光透明等优点,因而在钙钛矿太阳能电池、半导体薄膜晶体管和发光二极管等光电子器件的制备与研发领域得到广泛应用。众所周知,在压力作用下半导体材料的晶体和能带结构会发生变化,因此材料可能会表现出之前所不具有的新性质与新现象。基于此,本论文利用金刚石对顶砧装置,对CuI进行了高压原位的拉曼光谱、直流电阻率和霍尔效应测量,系统地研究了0-30GPa压力范围内CuI的电输运性质,对电学性质与结构之间的联系进行了探讨,并对材料导电性质的变化从内在机理上给出了解释。研究结果如下:(1)通过高压原位拉曼光谱测试发现:压力下TO横光学模拉曼振动峰随压力的移动在1.6GPa附近出现第一个拐点,在5GPa处出现第二个拐点。并且在2.1GPa时,117.5cm-1处出现了一个宽峰。结合高压下X射线衍射结果,我们认为,这些拉曼振动峰的变化是由于压致结构相变所引起的。(2)通过高压下原位直流电阻率测量,发现CuI在30GPa以内的电阻率随着压力的增加发生了三次明显改变。在0-1.5GPa范围内,样品电阻率值随压力升高而下降;在1.5-4GPa范围内,电阻率随压力的增加显著升高;在4-18GPa压力范围内,样品电阻率大小随压力升高,出现了先显著下降,然后下降幅度逐渐减小,最后趋于平缓的变化趋势。18GPa之后,样品电阻率随压力变化趋势不再明显。(3)为了更深层次的研究在压力下CuI电输运性质的变化,在高压下我们对CuI样品采取了原位霍尔效应测试。以物质内部性质变化为出发点,研究了CuI载流子在高压下的输运行为。在加压过程中,CuI的霍尔系数一直为正,说明样品内部的载流子一直以空穴为主。在1.5GPa之前,样品载流子浓度随着压力的增加急剧上升;在1.5GPa之后,载流子浓度突然下降,但迁移率依然保持不变;4GPa之后,载流子浓度和迁移率同时上升;18GPa之后,载流子浓度随压力的增大缓慢上升,迁移率随压力的变化则成下降趋势。
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