钙钛矿薄膜霍尔器件的制备及其电学性能的研究

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近年来,钙钛矿结构的金属卤化物半导体材料由于其成本低、缺陷容忍性强、可溶液加工等优势,在太阳能电池、光电探测器、场效应晶体管等光电领域有广泛的应用。然而,迄今为止对于钙钛矿材料电荷传输特性的理解仍然有限。霍尔效应系统可以直接评估霍尔迁移率、载流子浓度、霍尔电压等参数,因此是研究钙钛矿材料电学特性的有力工具。本论文主要通过制备Hall-bar和van der Pauw两种结构的霍尔器件,在恒定的(即直流,DC)和正弦调制的(即交流,AC)磁场激励下测量钙钛矿薄膜Rb3Sb2I9和MAPbI3的霍尔参数,研究其电荷传输特性。对于钙钛矿薄膜Hall-bar器件的制备,通过两种基于CYTOP薄膜疏水性的方法实现了钙钛矿薄膜的图案化以及与电极的精确对准。同时,通过研究表面活性剂用量和光刻胶退火温度对CYTOP薄膜图案化的影响,实现了钙钛矿薄膜图案化结构的优化。此外,通过研究不同电极结构的器件,实现了钙钛矿薄膜与电极接触的优化。最终选择了合适的钙钛矿薄膜Hall-bar器件进行测试和分析。对于钙钛矿薄膜van der Pauw器件的测试,为了消除各种附加效应(例如接点不对称、薄膜不均匀、磁阻效应和热电效应)对霍尔效应测量结果的影响,本论文运用了不同的误差校正方法。我们发现,在DC磁场激励下,误差校正方法得到的迁移率值比常规方法得到的值(1-10 cm2/Vs)低3个数量级左右(后者涉及到基于电流反转和磁场反转取平均值的步骤)。此外,误差校正方法得到的迁移率值比常规方法在AC磁场激励下得到的值(10-2-10-1cm2/Vs)低1个数量级左右。因此,证明了对于迁移率低于1 cm2/Vs的钙钛矿,由于误差校正的不彻底,实验测得的迁移率值往往被高估了。此外,通过表征和分析Rb3Sb2I9薄膜经不同的误差校正方法得到的霍尔参数,我们评估了霍尔迁移率与平均晶粒尺寸之间的关系。发现在误差校正方法下,霍尔迁移率随晶粒尺寸的增长而增大,而在常规方法下没有发现迁移率与晶粒尺寸的明显关系,这进一步证明了误差校正方法对钙钛矿薄膜进行霍尔效应表征的可行性,突出了其在霍尔迁移率的准确提取方面与传统方法相比具有优越性。
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