铝的超表面调控CsPbBr3钙钛矿发光性能的研究

论文摘要

伴随着光电器件的小型化和集成化的发展,尺寸只有亚波长级别的超表面成为了学术界的新热点。超表面是通过微纳米加工技术对自然界已有的材料进行加工使其具备特有的功能。当入射光与金属的纳米颗粒的整体振动频率匹配时,纳米颗粒吸收光子能量,发生局域表面等离子体共振,会带来局域电场的增强,从而可应用于探测,传感,荧光增强等。在过去,对金属的超表面研究主要集中贵金属如金和银,但不足的是金在可见光波段有强吸收,银在空气中不稳定,并且它们的成本较高。而铝的等离子体共振能够覆盖整个可见光波段乃至紫外波段,结合其自然界存量广泛和低成本的特点,铝成为极具应用前景的材料。关于钙钛矿激光器的研究也是十分广泛,对半导体激光器进行图案化是控制光发射和吸收的有效方式,但是钙钛矿由于其自身的不稳定性,许多图案化技术,如电子束光刻和传统的剥离工艺,都无法应用于钙钛矿。因此,本文主要研究基于铝的超表面,设计结构达到电场增强的功能,同时将超表面结合钙钛矿,对其光致发光进行调控。本论文针对金和银的超表面成本高以及无法工作在近紫外的问题,设计了功能为局域场增强和工作波段在近紫外的基于铝的超表面,利用COMSOL电磁场数值仿真软件进行结构设计,通过软件对结构的周期和间距以及各层的厚度进行模拟计算,分析各参数对谐振变化的影响,使其工作于近紫外波段,并且电场增强倍数最大。最终确定了结构各层参数,还对铝的超表面工艺进行了一定的探索。针对钙钛矿在调控激光强度和阈值的研究空白以及自上而下的加工工艺的匮乏的问题,本文利用一种简单的无掩模板的镀膜方法,实现了基于铝的超表面来调控钙钛矿的激光强度和阈值。通过控制电子束蒸发镀膜的时间和保证低镀膜速率的条件下,沉积铝在钙钛矿微米棒的表面,并搭建光路测量镀膜前后的钙钛矿的激光光谱。实验中发现,在一定的时间和速率下镀膜后的钙钛矿,其表面形成了相对均匀的铝的纳米颗粒,此时可视为有一定排列规律的超表面,其激光强度提高了一个数量级,阈值降低了大约20%。在此基础上,使用COMSOL软件对镀膜后的钙钛矿结构进行数值建模,计算其共振吸收光谱,为镀膜后的钙钛矿的光谱变化提供一定的解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题的来源、背景及其意义
•   1.2 金属超表面研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 超表面场增强研究现状
•   1.4 本论文主要研究工作
• 第2章 基于铝的电场增强的超表面的模拟
•   2.1 引言
•   2.2 等离子体
•     2.2.1 局域表面等离子激元
•   2.3 铝的超表面设计
•   2.4 铝膜的制备
•   2.5 本章小结
• 第3章 铝的超表面增强钙钛矿激光
•   3.1 引言
•   3.2 钙钛矿激光器的制备和光谱测量
•     3.2.1 卤化铅钙钛矿的制备
•     3.2.2 激光测量光路的搭建
•     3.2.3 卤化铅钙钛矿微米激光器的光谱测量
•   3.3 基于铝的随机超表面的钙钛矿激光器
•     3.3.1 铝的随机超表面的制备
•     3.3.2 基于铝的随机超表面的钙钛矿激光器的光谱测量
•   3.4 本章小结
• 第4章 铝的超表面增强钙钛矿激光数值拟合
•   4.1 引言
•   4.2 基于铝的超表面的钙钛矿激光器数值仿真
•   4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间所获得的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 方继茂

导师: 肖淑敏

关键词: 铝的超表面,表面等离子体,全无机卤化铅钙钛矿,无掩模板沉积

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TB306;O482.31

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.001598

总页数: 72

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