Page 124 - 《真空与低温》2025年第3期

薛新意等：基于 CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x 钙钛矿的自滤波窄带光电探测器研究 395

[10]
流达到 6 μA、4 μA、3 μA，暗电流下降显著 。当碘 力和电负性，碘离子取代氯离子时，这会改变材料
离子浓度从起始值逐步上升时，暗电流随之下降， 的能带结构，使得导带（CBM）和价带（VBM）之间
直到达到一个相对稳定的低值区域。这一现象表明， 的距离变大 ，这种取代会导致材料的价带顶或导
[11]
碘离子浓度与暗电流之间存在显著的负相关关系。 带底的位置变化，从材料的禁带宽度逐渐减小。
（3）
未掺杂 CH 3 NH 3 PbI 1.18 Cl 1.82 E g = E CBM − E VBM
CH 3 NH 3 PbI 1.16 Cl 1.84 CH 3 NH 3 PbI 1.2 Cl 1.8 式中：E CB 为导带宽度；E VB 为价带宽度；E g 为禁
M
M
10
带宽度。
禁带宽度与材料能吸收的最小光子能量相对
暗电流/nA 5 应。禁带宽度变小会导致材料能够吸收更长波长
（更低能量）的光，因此其探测波段向着红外方向
移动。这意味着材料向着 I 元素发光波长移动，
−
证实了 I 掺杂的效果。钙钛矿材料具有较宽的
0 吸收窗口，CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x 可以在 1.55 eV 到 2.9 eV
−10 −5 0 5 10
电压/V 进行调节，CH 3 NH 3 PbCl 3 禁带宽度为 2.9 eV，CH 3
NH 3 PbI 1.16 Cl 1.8 禁带宽度为
4
图 6 暗电流的 I-V 图像 1.8 eV，CH 3 NH 3 PbI 1.18 Cl 1.82
为 1.71 eV，CH 3 NH 3 PbI 1.2 Cl 1. 为 8 1.62 eV，禁带宽度在
Fig. 6 I-V image of dark current
卤素离子掺杂下发生了变化，且随着碘元素的增加，
碘离子的半径大于氯离子，当碘离子替代氯离 带隙宽度逐渐缩短。带隙宽度直接影响光电探测
子时，其较大的体积会占据更多空间，从而导致晶 器的吸收范围，从而实现对于半峰宽为 18 nm 的特
格中出现畸变或缺陷增加。这些缺陷可以作为非 定波长的选择性吸收与过滤，这一现象表明对应于
辐射复合中心，使载流子更容易在此类中心复合而 上述波长的入射光可以进行自动吸收与过滤。

不参与电流传输，从而导致暗电流减小。 2.5 与相关工作进行对比
碘离子取代氯离子改变了材料的缺陷密度和 为 了 更 全 面 地 评估 CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x 的 性 能
分布，较高的缺陷密度增加了散射中心的数量，导 优势，将其与近年来报道的窄带光电探测器进行
致载流子迁移率下降。更低的迁移率意味着载流 对比。
子在材料中移动速度变慢，因此在相同时间内通过 从表 1 可以看到，CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x 的半峰宽在
测量点的载流子数目减少，最终导致暗电流降低。 对比中最窄，达到 18 nm，相比于其他材料，探测范
此外，碘离子取代氯离子还会导致材料的禁带宽度 围更加精确，且暗电流最低达到 4.4 nA，探测率相
发生变化。碘离子和氯离子具有不同的电子亲和 对较优，响应度可以达到 106 mA/W，性能优良。

表 1 不同结构的钙钛矿窄带探测器参数对比
Tab. 1 Parameters comparison of perovskite narrowband detectors with different structures
√
器件结构 半峰宽/nm 探测率/（ cm·Hz/W） 响应度/（mA/W） 暗电流/nA
[12-13] 10
MAPbI 3 /PDPP3T 35 8.8×10 55 16.4
[14] 10
SnO 2 /MAPbI 3 50 3.5×10 284 N/A
[15] 10 −3
MAPbBr 3 /ZiF-67 46 0.323×10 2.52×10 76.1
[16] 10
Si/CsPbBr 3 25 10.1×10 24.85 17
10
18 3.8×10 106 4.4
CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x

3 结论 526～544 nm、586～604 nm），半峰宽缩小至 18 nm，
实现了更为精确的窄带光谱响应，实现了对于特定
本研究采用二次结晶法，优化了钙钛矿薄膜的 波长的选择性吸收与过滤；性能得到了提升，在上
表面形貌和晶粒尺寸；利用钙钛矿材料的带隙可调 述波段的响应度达到 106 mA/W，探测率达到 3.8×
√
节特性，将光电探测器探测范围缩小（476～494 nm、 10 10 cm·Hz/W，暗电流缩小至 5 nA 左右。