時(shí)間分辨微波光電導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介

時(shí)間分辨微波電導(dǎo)(Time Resolved Microwave Conductivity, TRMC)是研究半導(dǎo)體材 料中非平衡載流子復(fù)合動(dòng)力學(xué)的一種方法。它通過監(jiān)測(cè)激光照射樣品引起反射微波功 率的變化來反映出樣品載流子衰減壽命、遷移率、復(fù)合速率等微觀物理性質(zhì)。這種技 術(shù)具有可操作性強(qiáng)、采集速度塊、時(shí)間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，可測(cè)量薄膜、粉末樣品且不 會(huì)損壞樣品，已成為表征半導(dǎo)體材料和光電器件基本性能的重要方法。

本文介紹了微波和傳輸線的基本理論，利用麥克斯韋方程組和邊界條件推導(dǎo)了規(guī) 則波導(dǎo)和諧振腔的場(chǎng)分布和傳輸特性，引入了 TRMC 測(cè)量半導(dǎo)體載流子復(fù)合動(dòng)力學(xué)的 基礎(chǔ)理論，介紹了半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合方式。此外，本文 還介紹了開放式 TRMC、消直流背景式 TRMC、腔微擾式 TRMC 測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、 以及各部件的使用。開放式 TRMC 的靈敏度較低，難以測(cè)得低電導(dǎo)率材料的光電導(dǎo)信號(hào)，基于此，本文通過相移器與衰減器將測(cè)量系統(tǒng)的底噪背景消除至0，設(shè)計(jì)了消直流背景式 TRMC，并通過測(cè)量多晶MAPbBr3薄膜載流子壽命比較了兩種測(cè)量系統(tǒng)的差異。

對(duì)于腔微擾式 TRMC，介紹了腔微擾現(xiàn)象和原理，推導(dǎo)了腔微擾式 TRMC 測(cè)量系統(tǒng)的 靈敏度因子 K 與介電常數(shù)實(shí)部和虛部的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在諧振腔正常時(shí)介電常數(shù)虛部對(duì)靈 敏度因子影響最大。本文以石英片為例，利用腔微擾法測(cè)量了石英片的介電常數(shù)，在 此諧振腔的基礎(chǔ)上使用高頻結(jié)構(gòu)仿真軟件 HFSS(High Frequency Structure Simulation, HFSS)對(duì)諧振腔進(jìn)行電磁仿真，得到了諧振腔的特性參數(shù)，針對(duì)其反射系數(shù)低的問題，本文使用 HFSS 對(duì)耦合片的半徑和厚度進(jìn)行參數(shù)掃描，得到了最佳耦合效果下的諧振腔模型。

硒化銻(Antimony selenide ，Sb2Se3)是近年來非常熱門的光伏材料，具有較低的電 導(dǎo)率，傳統(tǒng)的開放式 TRMC 測(cè)量系統(tǒng)難以測(cè)量其光電導(dǎo)信號(hào)。本文使用消直流背景式 TRMC 測(cè)量了單晶 Sb2Se3 和多晶 Sb2 Se3 薄膜的光電導(dǎo)衰減動(dòng)力學(xué)，為 Sb2Se3 薄膜制備 和生長(zhǎng)工藝提供了參考。此工作分為三部分：(1) 對(duì)單晶 Sb2 Se3 和多晶 Sb2 Se3 薄膜進(jìn)行 結(jié)構(gòu)和形貌表征。(2) 對(duì)于單晶 Sb2 Se3 ，分析了不同激發(fā)光波長(zhǎng)和光生載流子密度對(duì)單晶 Sb2 Se3 ，得出單晶 Sb2 Se3 的體壽命 τB 為 2.7 ns ，載流子表面復(fù)合速率為 5.12×104cm · s-1 ;對(duì)于多晶 Sb2 Se3 薄膜，分析了不同光生載流子密度對(duì)它的有效壽命和衰減動(dòng)力 學(xué)的影響，結(jié)果表明厚度為 200 nm 左右的多晶 Sb2 Se3 薄膜的光電導(dǎo)衰減對(duì)光生載流子 密度敏感，而厚度小于 100 nm 的多晶 Sb2 Se3 薄膜的光電導(dǎo)衰減不隨光生載流子密度變 化而變化。(3) 給出了多晶 Sb2 Se3 薄膜的載流子復(fù)合模型，分析了不同沉積厚度的 Sb2 Se3 薄膜的樣品質(zhì)量?jī)?yōu)劣。

審核編輯 黃宇