全无机金属卤化物钙钛矿纳米材料的可控制备及光电性质研究

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随着纳米技术的快速发展,低维半导体纳米材料(包括:量子点、纳米线、纳米带、纳米管和纳米晶等)在新型纳米光电器件领域扮演着愈来愈重要的角色。影响半导体材料发光效率、吸收系数、载流子扩散系数、载流子迁移率等光电性质的参数较多,其中半导体的禁带宽度决定了半导体材料的吸收和发射性能,进而影响半导体光电器件的应用。自然界中天然存在的半导体种类少之又少,一方面,由于传统半导体材料经济成本高、材料尺寸较大、应用于集成器件中难度高等诸多限制因素,在半导体纳米信息器件的大规模应用上仍然面临着很大挑战,另外,传统半导体材料的带隙局限性严重影响了多功能光电器件的发展与应用。国内外科研工作者为了打破带隙局限性,在不同半导体材料带隙调制方面做了许多出色的研究工作,在拓宽材料带隙范围的同时,也为未来基于带隙调制半导体在集成器件上的应用提供了可能。为了研究纳米尺度下带隙递变或突变的半导体在纳米光电器件中的性能,需深入开展纳米结构的带隙调制工作。全无机金属卤化物钙钛矿纳米材料由于其优异的光电性能(例如高光学吸收系数、长载流子扩散长度及寿命、高载流子迁移率等)、可见光波长范围内波长可调以及材料组成的丰富性等,近年来受到科研人员的广泛关注。本论文通过改进化学气相沉积法(CVD)实验装置,将不同带隙的全无机金属卤化物钙钛矿材料在单基片上集成以及制备带隙突变的异质结纳米线、纳米带。具体研究工作归纳如下:(1)成功制备了铯铅卤化物钙钛矿(Cs Pb X3,X=Cl,Br,I)纳米晶结构,通过加装步进电机克服了真空管式炉腔内固体反应源物质无法控制的难题,在高温生长条件下完成反应源物质的更替,实现单基片上Cs Pb Cl3(1-x)Br3x组分连续递变,沿衬底长度方向完成带隙调制,实现了可调谐WGM纳米激光器。(2)通过探索全无机金属卤化物钙钛矿纳米线的生长条件,在锡催化剂的作用下成功制备锡催化的铯铅卤化物钙钛矿(Cs Pb X3,X=Cl,Br,I)纳米线,然后通过改进后的化学气相沉积装置完成反应源物质的替换,完成Cs Pb Cl3-Cs Pb I3异质结纳米线的制备工作,研究了材料的光学性质。(3)在原有化学气相沉积法实验装置上加装步进电机来辅助反应源物质移动,通过多步骤反应合成制备Cd S-Cd Sx Se1-x-Cd S合金纳米带横向异质结。在405 nm激光的照射下,该纳米带中间为红色发光,两侧为绿色发光,呈现“绿-红-绿”的三明治结构,在纳米带宽度方向实现带隙调制,利用这些独特的结构实现了半导体纳米带光探测器。
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