偏振敏感的有机无机杂化钙钛矿(CH3NH3PbI3)纳米线光电探测器

摘要

光电探测成像技术的发展正深刻地影响着军事、通信和医疗等人类社会的关键领域，偏振探测通过引入偏振态这一物理量提高了获取信息的能力，使信息量从三维空间（光强、光谱和空间）扩展到七维空间（光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角、偏振椭率和电矢量旋转方向），在大气探测、水文探测和目标识别等方面有着广阔的应用前景。
　　有机无机杂化钙钛矿作为光电领域的热点材料，具有吸光系数大、载流子寿命长等优点，可用于制备高性能的薄膜太阳能电池和光电探测器。本课题组基于在有机无机杂化钙钛矿课题上的知识储备和进展，摸索并制备了纳米线和量子点等纳米结构，并在此基础上进行了深入的材料和器件物理表征，突破性的将其应用于具有偏振敏感特性的光电探测器中。
　　本文致力于研究CH3NH3PbI3纳米线光电探测器的偏振性能。本文首先使用蒸发诱导自组装法制备了定向排列生长的单晶CH3NH3PbI3纳米线阵列，并通过紫外可见分光光度计（UV-Vis）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、荧光光谱仪（PL）和傅立叶转换红外光谱仪（FTIR）等材料表征手段对其结构、组成和晶体质量等方面进行了分析，获得其基本物化性质。其次，利用有限时域差分（FDTD）原理，本文对CH3NH3PbI3纳米线进行了偏振依赖的光学模拟，获得了光生载流子随偏振角度和纳米线尺寸变化的关系，为器件设计和测试提供了指导。本文随后对光电探测器器件进行了光谱响应度、响应时间、噪声特性和比探测率等参数的测定，并使用油酸钝化纳米线表面缺陷，获得了具备高响应度和比探测率（2?1013 Jones）的光电探测器。最后，利用自主设计和搭建的偏振相关光电探测系统，我们对CH3NH3PbI3纳米线光电探测器的偏振依赖电流进行了测试，并获得了良好的偏振依赖性能。

目录

声明

1 绪论

1.1 光电探测技术

1.2 钙钛矿光电器件的发展

1.3 偏振原理及偏振探测

1.4 本文主要研究内容

2 材料制备与表征方法

2.1 引言

2.2 CH3NH3PbI3纳米线的制备

2.3 测试与表征方法

2.4 本章小结

3 偏振相关及红外光电探测系统设计

3.1 引言

3.2 偏振相关光电探测系统的设计

3.3 红外光电探测系统的设计

3.4 本章小结

4基于有限时域差分法（FDTD）的纳米线光学模拟

4.1 引言

4.2 FDTD方法简介

4.3 单根CH3NH3PbI3纳米线的仿真条件

4.4 仿真结果分析

4.5 本章小结

5 单晶CH3NH3PbI3纳米线器件的性能研究

5.1 引言

5.2 单晶CH3NH3PbI3纳米线的材料结构表征

5.3 纳米线器件的光电性能表征

5.4 纳米线器件的偏振性能

5.5 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

附录2 攻读硕士学位期间所获奖励