论文部分内容阅读
半导体量子点材料由于其独特的量子限域效应和光电特性,目前已被人们广泛应用于能源材料、发光器件等方面。人们研究量子点薄膜中载流子的输运特性,为量子点薄膜光电器件的结构设计与性能改进提供了理论依据。目前,在量子点薄膜的载流子输运方面,关于载流子在薄膜中时空分布情况的理论研究报道并不多见。TOF实验上只能检测载流子输运带来的全局光电流信号,不易具体分析不同传输层中载流子输运过程和界面电荷转移过程。本文以CdSe量子点薄膜的光生载流子为主要研究对象,以半导体连续性方程、电流方程和跳跃速率方程为主要理论研究基础,研究了在量子点薄膜中载流子的输运过程,主要包含以下几部分研究内容:首先,基于跳跃模型,利用COMSOL有限元软件中的PDE模块建立三个可以相互耦合的物理场。第一个物理场是针对载流子的扩散运动与漂移运动,用于研究量子点薄膜的载流子输运过程及其对全局电流的贡献。第二个物理场是针对载流子被陷阱俘获与释放过程,用于研究存在陷阱效应的载流子输运过程。第三个物理场是针对平面异质结处的界面电荷转移对载流子输运的影响,用于研究不同尺寸双层量子点薄膜的载流子输运过程。其次,根据实际量子点薄膜的材料特性进行仿真计算,研究了量子点薄膜中的载流子跳跃输运过程。不考虑陷阱效应时,载流子的扩散运动增加了TOF信号的持续时间,漂移运动影响TOF信号峰值。存在陷阱效应时,仿真TOF信号与实验信号比较相符,说明实际载流子输运过程中存在陷阱俘获/释放电荷的过程,陷阱的存在导致载流子扩散运动的不对称性,增加了TOF信号的持续时间。最后,仿真研究了平面异质结处的界面电荷转移过程。界面两侧的能级匹配结构决定了界面电荷转移的速率,界面电荷转移的速率影响TOF信号峰值。同时,界面电荷转移的速率与外加电场的强度大小有关。