图案化MAPbI3钙钛矿薄膜构筑及其偏振探测性能研究

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偏振光电探测器不仅可以区分目标和背景之间的辐射强度,还可以识别目标的偏振信息,有效地抑制背景中的干扰信号,从而提高了目标对比度,因此在民用与军事领域具有更好的应用前景。偏振探测可通过使用具有各向异性的吸光材料或对吸光层薄膜进行结构调控来实现,与在偏振探测领域普遍应用的各向异性材料相比,有机-无机钙钛矿制备工艺温和且成本较低,同时可适用于大面积溶液加工,因此更具有应用前景。钙钛矿材料倾向于生长方形片状晶体,需复杂工艺诱导其生长成一维结构,且易溶解于常规图案化中使用的极性溶剂,限制了其在偏振探测领域的应用。因此,本学位论文采用软模板压印结合旋涂及气相辅助法,制备了图案化MAPbI3钙钛矿多晶薄膜,并构筑了具有较好光响应的偏振探测器,研究了图案化的MAPbI3薄膜光探测器性能和偏振特性,探讨了其偏振探测机理。通过转移技术,以PDMS为印章,分别基于CD与DVD的光盘光栅图案,制备了具有不同特征尺寸的一维微纳图案的PDMS软模板。基于CD光栅图案的PDMS软模板的沟道宽度约为1.1μm,深度约为182 nm;基于DVD软模板的沟道宽度约为390.8nm,深度约为83.7 nm。两种尺寸的PDMS软模板均具有周期性排布且平行的一维微纳图案,在作为钙钛矿薄膜压印模板时具有易脱模、对压印材料损伤小及工艺简单等优势,为图案化加工钙钛矿多晶膜奠定了基础。采用软模板压印工艺结合旋涂及气相辅助法,以复刻光栅图案的PDMS为软模板,成功制备了高纯度与高质量的图案化MAPbI3多晶薄膜,并阐明了该多晶薄膜的生长机理。MAPbI3多晶薄膜的沟道宽度约为1.35μm,深度约为34.5 nm,对波长为400-800nm区间的光具有很好的吸收。分析发现基于CD光盘的图案化MAPbI3多晶薄膜具有较好的偏振性,可作为偏振光电探测器的吸光层。通过旋涂工艺在叉指电极上成功构筑了图案化MAPbI3薄膜平面结构探测器,该探测器展现出对400-800 nm的光具有一定的响应和约0.532的偏振度。在ITO衬底上成功构筑了基于图案化MAPbI3多晶薄膜的垂直结构探测器,该器件展现出对400-800nm的光具有较好的响应,在白光LED灯照射下,光探测器上升时间为3.16μs,下降时间为3.26μs的,探测率为2.44×10~9 Jones。通过复刻CD光栅结构,探测器具有约0.548的偏振度,进一步分析了图案化MAPbI3多晶薄膜的沟道图案与所构筑探测器的偏振特性之间的关联。此外,基于图案化MAPbI3多晶薄膜构筑的垂直结构光探测器,展示了其成像应用。
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