有机无机杂化钙钛矿的电磁特性与声子耦合性能研究

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有机无机杂化钙钛矿材料以其优异的光吸收能力和良好的载流子传输特性备受关注,在太阳能电池、超导和光电探测等领域具有广泛的应用。钙钛矿半导体的光吸收、光载流子的弛豫复合以及电荷输运等超快过程是影响其光电性质和电磁特性的主要物理过程。超材料是一种人工设计制备的、对特定波段的电磁波有特殊响应机制的周期性结构材料,在超透镜、负折射和隐形等领域应用广泛。有研究表明,太赫兹波在特定的超材料传输时可以产生谐振,即超材料的间隙结构中存在强烈的场局部化和场增强,可以为材料的声子耦合现象提供条件。本文采用经济简便的溶液旋涂法制备了CH3NH3Pb I3材料的多晶薄膜,介绍了CH3NH3Pb I3薄膜的太赫兹传输特性以及超快特性。并使用光刻、淀积和剥离等工艺制备金属超材料,与CH3NH3Pb I3多晶薄膜结合后在太赫兹波段探究了强声子耦合现象,具体研究内容如下:1.使用溶液旋涂法制备了有机无机杂化钙钛矿CH3NH3Pb I3多晶薄膜,采用SEM、XRD、紫外-可见吸收光谱和PL测试等方法进行表征,研究不同工艺对样品结晶性与光电性能的影响。在此基础上,研究前驱体溶液中掺杂金属离子对钙钛矿薄膜的影响规律,通过优化工艺获得覆盖率高、结晶好的有机无机杂化钙钛矿薄膜。2.在高阻硅衬底和石英衬底上分别制备CH3NH3Pb I3薄膜,采用标准太赫兹时域系统对两个样品进行了太赫兹传输特性测试,即在连续激光泵浦下研究两种样品对太赫兹波传输的调谐能力。另外,利用超快泵浦太赫兹探测系统测试了钙钛矿薄膜的超快性能,解释了钙钛矿材料的弛豫过程,并且拟合出该过程中钙钛矿材料光电导率的变化规律。3.采用传统的微加工工艺在高阻硅衬底上制备了周期性的微米级金属超材料,研究了不同工艺参数(曝光能量和显影时间)对光刻图形的影响。优化制备工艺参数成功制备出图形标准的超材料,并分别测试裸超材料和覆盖有钙钛矿薄膜的超材料的太赫兹传输性能。在此基础上,采用电磁仿真软件建立器件模型,模拟不同条件下的钙钛矿超材料的太赫兹传输特性,并根据传输特性变化规律分析钙钛矿超材料的强声子耦合效应。
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