具体测试对象:
半导体材料薄膜及有机薄膜(P3HT、PCBM、并五苯等)
钙钛矿多晶薄膜、量子点固体薄膜
非晶硅薄膜、金属氧化物半导体薄膜(IGZO、ZnO)等
原理:在暗场条件下向待测薄膜的单载流子注入型器件结构施加正向偏压,使注入载流子浓度逐渐超过本征热平衡载流子浓度,此时注入电荷在薄膜内形成空间电荷区,其对电流的限域效应取代欧姆传导成为主导传输机制,电流-电压曲线由低偏压欧姆区过渡至高偏压空间电荷限制区。
作用:由空间电荷限制电流区的J-V曲线拟合Mott-Gurney方程,提取薄膜的载流子迁移率;从欧姆区至空间电荷限制电流区的过渡电压估算陷阱填充极限电压,进而计算陷阱态密度。可评价电荷传输层材料本征迁移率上限及缺陷对传输效率的抑制程度;为探测器暗电流中空间电荷传导贡献的识别与抑制策略提供定量判据。
薄膜须夹于两个电极之间构成类平行板电容器结构,其中至少一侧电极为欧姆接触以提供无势垒注入,另一电极通常采用高功函数或低功函数金属以阻挡相反极性载流子注入,确保器件运行于单载流子传输模式。器件有效面积须准确界定,边缘效应须通过隔离刻蚀或掩膜限定予以抑制。
3.1陷阱填充与迁移率耦合。
薄膜中陷阱态在偏压扫描过程中逐步填充,J-V曲线呈现陷阱填充区至无陷阱空间电荷限制电流区的渐变过渡,若简单以全段数据拟合单一迁移率值,所得结果偏低且偏压依赖性显著,须分段拟合以分离陷阱填充与迁移率效应。
3.2离子迁移电流混叠。
钙钛矿或离子导体薄膜中偏压下离子迁移产生附加电流分量,与电子空间电荷限制电流在时间尺度和电压依赖性上重叠,造成迁移率虚高或出现负微分电阻假象,须通过脉冲偏压或低温测量抑制离子运动。

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