高压下CuI的电输运性质研究
发布时间：2021-01-03 08:25
碘化亚铜（CuI）作为无机铜基p型半导体材料,凭借其低成本和易制备等优点,近年来引起了人们的普遍关注。CuI具有宽的光学直接带隙、高的空穴迁移率和薄膜对可见光透明等优点,因而在钙钛矿太阳能电池、半导体薄膜晶体管和发光二极管等光电子器件的制备与研发领域得到广泛应用。众所周知,在压力作用下半导体材料的晶体和能带结构会发生变化,因此材料可能会表现出之前所不具有的新性质与新现象。基于此,本论文利用金刚石对顶砧装置,对CuI进行了高压原位的拉曼光谱、直流电阻率和霍尔效应测量,系统地研究了0-30GPa压力范围内CuI的电输运性质,对电学性质与结构之间的联系进行了探讨,并对材料导电性质的变化从内在机理上给出了解释。研究结果如下:（1）通过高压原位拉曼光谱测试发现:压力下TO横光学模拉曼振动峰随压力的移动在1.6GPa附近出现第一个拐点,在5GPa处出现第二个拐点。并且在2.1GPa时,117.5cm-1处出现了一个宽峰。结合高压下X射线衍射结果,我们认为,这些拉曼振动峰的变化是由于压致结构相变所引起的。（2）通过高压下原位直流电阻率测量,发现CuI在30GPa以内的电阻率随着...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CuI的三种结构图
第一章绪论6α-CuIβ-CuIγ-CuI图1.1CuI的三种结构图1.2.3CuI的高压研究背景CuI最早引起人们的关注源于1907年Bdeker在莱比锡大学所做的铜膜实验。Bdeker通过蒸发金属铜膜，然后在碘蒸气中对铜膜进行了碘处理的方式制造出了电阻率低至4.5×10-2Ωcm，透明层厚度约200-300nm的CuI薄膜。因此，CuI是第一个被报道的在可见光范围内完全透明的半导体。后来CuI的霍尔效应被发现，但由于空穴的概念是在其后20年才被提出的，因此当时无法确认CuI属于p型半导体。1986年A.Blacha等人使用金刚石对顶砧技术测量了包括CuI在内的三种卤族铜化物薄膜边缘激发子的吸收光谱，将实验测量结果与能带结构计算进行了比较，发现卤族铜化物的菱形相和四方相的价带受到铜的3d轨道与卤族p轨道杂交的影响。研究认为边缘激发子与配位场和自旋轨道分裂的价带和轨道单重态导带在k=0处的直接跃迁有关[26-28]。理论计算结果表明CuI的结构能够随着压力的增加从闪锌矿相转变为四方相再转变为正交相，菱形相在高压下则具有机械不稳定性。闪锌矿相与四方相结构的CuI属于直接带隙半导体，而正交相的CuI属于金属[29]。图1.2为CuI的温度-压力相图，我们可以看到当时关于CuI的高压研究仍在10GPa以下，不考虑温度参量的情况下，随着压力的增大，CuI共出现四种结构，分别为：闪锌矿结构（CuI-III）、菱形相结构（CuI-IV）、四方相结构（CuI-V）和正交相（CuI-VIII）结构[30]。
第一章绪论7图1.2CuI的温度-压力相图1994年S.Hull等人利用中子衍射技术研究了静水压对CuI结构变化的影响。但该实验的最大压力只加到了10GPa，没有观察到CuI的岩盐相结构的出现，作者认为可能是由于压力不够导致的。1995年M.Hofrnann与S.Hull等人通过角散X射线衍射实验测量了CuI在40GPa的结构特性，如图1.3所示，并在17.3至18.2GPa压力范围内发现了一个前人没有报道过的新相[31]。实验结果表明室温下CuI在0-1.63GPa压力范围内为闪锌矿结构（CuI-III），在1.63GPa压力处发生相变转变为菱形相（CuI-IV），在压力达到4.70GPa时由菱形相转变为四方相（CuI-V）。当压力升高至18.2GPa时CuI变为正交相（CuI-VIII），没有观察到在12GPa下有前人报道过的岩石相结构。
【参考文献】：
期刊论文
[1]半导体材料的性能分析及其应用[J]. 闵俊杰. 科技传播. 2019(04)
[2]CuI晶体缺陷态电子结构及其施主-受主对发光机理的研究[J]. 刘海兰,顾牡,张睿,徐荣昆,黎光武,欧阳晓平. 物理学报. 2006(12)
[3]高压物理学及其应用[J]. 赵明旭. 现代物理知识. 2000(S1)
[4]高压物理讲座 静高压的产生与测量[J]. 崔硕景,千正男. 物理. 1986(08)
博士论文
[1]可见光响应的硫化物光催化材料的设计合成及光解水制氢性能研究[D]. 徐淼.上海交通大学 2015
[2]高压下化合物半导体的电输运性质研究[D]. 张俊凯.吉林大学 2014
[3]半导体材料的能带调控及其光催化性能的研究[D]. 王俊鹏.山东大学 2013
[4]高压下半导体的载流子行为[D]. 胡廷静.吉林大学 2011
[5]Mg掺杂Ln（Fe，Co）O3材料的气敏性能及LaFeO3电子结构的第一性原理研究[D]. 刘杏.山东大学 2009
[6]金刚石对顶砧上原位电导率测量方法[D]. 韩永昊.吉林大学 2005
硕士论文
[1]透明N/P型半导体薄膜晶体管的研究[D]. 刘妮.浙江大学 2019
[2]碘化亚铜（CuI）材料的制备及其光电性能的研究[D]. 林国琛.鲁东大学 2017
本文编号：2954654
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CuI的三种结构图
第一章绪论6α-CuIβ-CuIγ-CuI图1.1CuI的三种结构图1.2.3CuI的高压研究背景CuI最早引起人们的关注源于1907年Bdeker在莱比锡大学所做的铜膜实验。Bdeker通过蒸发金属铜膜，然后在碘蒸气中对铜膜进行了碘处理的方式制造出了电阻率低至4.5×10-2Ωcm，透明层厚度约200-300nm的CuI薄膜。因此，CuI是第一个被报道的在可见光范围内完全透明的半导体。后来CuI的霍尔效应被发现，但由于空穴的概念是在其后20年才被提出的，因此当时无法确认CuI属于p型半导体。1986年A.Blacha等人使用金刚石对顶砧技术测量了包括CuI在内的三种卤族铜化物薄膜边缘激发子的吸收光谱，将实验测量结果与能带结构计算进行了比较，发现卤族铜化物的菱形相和四方相的价带受到铜的3d轨道与卤族p轨道杂交的影响。研究认为边缘激发子与配位场和自旋轨道分裂的价带和轨道单重态导带在k=0处的直接跃迁有关[26-28]。理论计算结果表明CuI的结构能够随着压力的增加从闪锌矿相转变为四方相再转变为正交相，菱形相在高压下则具有机械不稳定性。闪锌矿相与四方相结构的CuI属于直接带隙半导体，而正交相的CuI属于金属[29]。图1.2为CuI的温度-压力相图，我们可以看到当时关于CuI的高压研究仍在10GPa以下，不考虑温度参量的情况下，随着压力的增大，CuI共出现四种结构，分别为：闪锌矿结构（CuI-III）、菱形相结构（CuI-IV）、四方相结构（CuI-V）和正交相（CuI-VIII）结构[30]。
第一章绪论7图1.2CuI的温度-压力相图1994年S.Hull等人利用中子衍射技术研究了静水压对CuI结构变化的影响。但该实验的最大压力只加到了10GPa，没有观察到CuI的岩盐相结构的出现，作者认为可能是由于压力不够导致的。1995年M.Hofrnann与S.Hull等人通过角散X射线衍射实验测量了CuI在40GPa的结构特性，如图1.3所示，并在17.3至18.2GPa压力范围内发现了一个前人没有报道过的新相[31]。实验结果表明室温下CuI在0-1.63GPa压力范围内为闪锌矿结构（CuI-III），在1.63GPa压力处发生相变转变为菱形相（CuI-IV），在压力达到4.70GPa时由菱形相转变为四方相（CuI-V）。当压力升高至18.2GPa时CuI变为正交相（CuI-VIII），没有观察到在12GPa下有前人报道过的岩石相结构。
【参考文献】：
期刊论文
[1]半导体材料的性能分析及其应用[J]. 闵俊杰. 科技传播. 2019(04)
[2]CuI晶体缺陷态电子结构及其施主-受主对发光机理的研究[J]. 刘海兰,顾牡,张睿,徐荣昆,黎光武,欧阳晓平. 物理学报. 2006(12)
[3]高压物理学及其应用[J]. 赵明旭. 现代物理知识. 2000(S1)
[4]高压物理讲座 静高压的产生与测量[J]. 崔硕景,千正男. 物理. 1986(08)
博士论文
[1]可见光响应的硫化物光催化材料的设计合成及光解水制氢性能研究[D]. 徐淼.上海交通大学 2015
[2]高压下化合物半导体的电输运性质研究[D]. 张俊凯.吉林大学 2014
[3]半导体材料的能带调控及其光催化性能的研究[D]. 王俊鹏.山东大学 2013
[4]高压下半导体的载流子行为[D]. 胡廷静.吉林大学 2011
[5]Mg掺杂Ln（Fe，Co）O3材料的气敏性能及LaFeO3电子结构的第一性原理研究[D]. 刘杏.山东大学 2009
[6]金刚石对顶砧上原位电导率测量方法[D]. 韩永昊.吉林大学 2005
硕士论文
[1]透明N/P型半导体薄膜晶体管的研究[D]. 刘妮.浙江大学 2019
[2]碘化亚铜（CuI）材料的制备及其光电性能的研究[D]. 林国琛.鲁东大学 2017
本文编号：2954654
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