直接およびトラップ媒介再結合ダイナミクスを調査し、薄膜半導体のキャリア移動度を決定するための時間分解マイクロ波伝導性技術がここで紹介されています。
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この記事について
サマリー
要約
具体的には、有機鉛ハライドペロブスカイトなどの光起電材料中の薄膜半導体の光誘起電荷キャリアの再結合動態を調査するための方法が提供されます。ペロブスカイト膜厚と吸収係数は、最初プロフィロメトリーおよびUV-VIS吸収スペクトルにより特徴づけられます。レーザパワーとキャビティ両方感度の校正について詳細に説明します。フラッシュ光分解時間分解マイクロ波伝導（TRMC）実験を行うためのプロトコルは、材料の導電率を決定するための非接触方法が、提供されます。マイクロ波周波数の関数としてTRMCを行うことにより、複雑な導電性の実数成分と虚数成分を同定するための方法が与えられます。電荷キャリアダイナミクス（パワーと波長の両方を含む）異なる励起レジームの下で決定されます。直接およびトラップ媒介崩壊過程とを区別するための技術が提示し、議論されています。結果は、半導体における光誘起電荷キャリアの一般的な動力学モデルを用いてモデル化し、解釈されます。記載された技術は、有機および無機光起電材料は、ナノ粒子を含む光電子材料の広い範囲に適用可能であり、薄膜半導体/伝導します。
概要
フラッシュ光分解時間分解マイクロ波伝導度（FP-TRMC）は電荷キャリアの再結合過程を調査するための理想的なツール作り、NS-μsの時間スケールで、光励起電荷キャリアのダイナミクスを監視します。薄膜半導体に光誘起電荷キャリアの崩壊メカニズムを理解することは、光起電力素子の最適化などのアプリケーションの範囲内で極めて重要です。誘導されたキャリアの寿命は、多くの場合、誘導されたキャリア密度、励起波長、モビリティ、トラップ密度とトラップ率の関数です。本稿では、キャリアの動的依存性（強度、波長、マイクロ波周波数）とその解釈の広い範囲を調査するための時間分解マイクロ波伝導度（TRMC）技術の汎用性を示しています。
光電荷は、その機動性とdegreに応じて、材料の誘電率の実部と虚部の両方に変更することができます閉じ込め/ローカライゼーション1の電子。材料の導電率
その複素誘電率に比例し、
どこ
マイクロ波電界の周波数は、 
そして
誘電率の実部と虚部です。したがって、導電率の実部は、誘電率の虚部に関連して、導電率の虚数部が（その後の偏光と呼ばれる）の共振周波数のシフトに関係している間に、マイクロ波吸収にマッピングすることができますマイクロ波場1の。
キャリアダイナミクスのためのプローブとして、マイクロ波電力を使用することの重要な利点は、減衰機構/経路も調査することができる、ということだけでなく、電荷キャリアの減衰寿命を監視しています。
TRMC総モビリティ3及び寿命を決定するために使用することができます誘導電荷キャリアの時間4。これらのパラメータは、その後直接トラップ媒介組換え機構3,5を区別するために使用することができます。これら二つの別々の減衰経路の依存性を定量的にキャリア密度3,5及び励起エネルギー/波長5の関数として分析することができます。誘導されたキャリアの局在/閉じ込めは分極5（誘電率の実部対虚）対伝導率の減衰を比較することによって調べることができます。
さらに、おそらく最も重要なのは、TRMCは電荷キャリア崩壊経路として作用トラップ状態を特徴付けるために使用することができます。表面トラップは、例えば、非不動態化サンプル6対不動態比較することにより、バルクのトラップと区別することができます。サブバンドギャップの状態ことができます直接サブバンドギャップ励起エネルギー5を用いて調べてもよいです。トラップ密度をTRMCデータ7を当てはめることによって推定することができます。
このようなケイ素6,8及びTiO 2の9、10のような従来の薄膜半導体、11ナノ粒子、ナノチューブ1、有機半導体12、素材ブレンド：この技術の汎用性、TRMCを含む広範囲の材料を研究するために適用されている原因13、14、及びハイブリッド光起電材料3、4、5。
TRMCを用いて定量的情報を得るためには、正確な数を決定できることが重要です所与の光学的励起のための光子を吸収しました。薄膜の吸収を定量するための方法ので、ナノ粒子、溶液および不透明なサンプルが異なるため、ここに提示試料調製および較正技術は、特に、薄膜試料のために設計されています。しかし、提示されTRMC測定プロトコルは非常に一般的です。
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プロトコル
1.試料の調製
注意：このプロトコルで使用されている一部の化学物質が健康に有害であることができます。任意のサンプル調製が行われる前に、関連するすべての物質安全データシートを参照してください。適切な個人保護具（白衣、安全メガネ、手袋等 ）およびエンジニアリング・コントロール（ 例えばグローブボックス、ヒュームフードなど ）ペロブスカイト前駆物質を処理し、溶剤を使用しています。
注：このセクションの目的は、基板上に均一な厚さの薄膜を形成することです。この手順は、サンプルペロブスカイト有機鉛ハライドに特有であるが、それは、蒸着、スピンコーティング、スパッタ等の重要な結果は、均一な薄膜で含む試料と試料調製技術の範囲で変更することができます。
- 基板のクリーニング
- 超音波浴中に石英（または低鉄ガラス）基板を置き、30分間の洗剤。
- イソプロパノールでその後、超純水で超音波処理を繰り返します。
- 窒素グローブボックスに移す直前に30分間窒素プラズマ下で洗浄された基板を配置します。
- 相互拡散法 15を 用いて、CH 3 NH 3 PBI 3ペロブスカイト試料調製
注：以下の手順は窒素グローブボックス内で実行されます。- サンプルバイアルにPBI 2の461ミリグラムを追加し、窒素グローブボックスに移します。
- 混合85:15 DMF / DMSO溶媒からに無水ジメチルスルホキシドの150μL（DMSO）に無水ジメチルホルムアミド850μL（DMF）を追加します。
- 溶媒DMF / DMSOにPBI 2を追加し、PBI 2が完全に溶解するまで磁気撹拌棒で撹拌しながら100℃で混合物を加熱します。
- 0.2μmのPTFEを通じてPBI 2溶液を濾過きれいなサンプルバイアルにフィルタリングし、100℃のホットプレートに戻ります。
- 無水イソプロパノール50mLにCH 3 I NH 3 50mgを溶解させます。
- （室温）ガラス基板上にホットPBI 2溶液80μLを分注し、直ちに薄いPBI 2前駆体膜を形成するために30秒間5000rpmでスピン。
- PBI 2膜の中心に直接CH 3 NH 3 Iの溶液の300μLのボリュームを注入し、すぐに30秒間5000rpmでコートにこのソリューションをスピン。
注：この手順は、CH 3 NH 3 Iソリューションの単一の自信を持っての分配を用いて行われるべきです。これは、得られたフィルムの品質に影響を与えるとして、意図しないしずくを避けるように注意してください。 - 前駆体膜は、ペロブスカイト構造に結晶化するように、2時間、100℃のホットプレート上でサンプルを置きます。その結果、CH 3 NH 3 PBI 3膜は、SMOでなければなりませんOTH、鏡のような表面とし、約250nmの厚さです。
- サンプルカプセル化
注：このステップは、大気圧低下に苦しむの試料についてのみ必要です。- 1mLの無水クロロベンゼン中のポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）10mgを溶解します。スピンコート30秒1,000 rpmでPMMA溶液50μLとサンプル。
2.サンプルキャラクタリゼーション
- 測定サンプルの厚さ
- コンパニオンサンプル上の小さなラインをエッチングします。プロフィルを使用して、このエッチングの近くの表面をスキャンします。膜厚L.を決定
注：サンプルは使用するまで光無料（ 例えば覆われたアルミホイルで）無酸素（ 例えば、窒素）の環境で保管してください。
- コンパニオンサンプル上の小さなラインをエッチングします。プロフィルを使用して、このエッチングの近くの表面をスキャンします。膜厚L.を決定
- 吸収スペクトルを測定します
注：この測定の詳細はオペアンプ対例えば粉末（サンプルによって異なります半透明フィルム対aqueフィルム）。以下の手順は、半透明の薄膜試料のために設計されています。このセクションの目的は、（バンドギャップ、励起子機能などを決定するなど ）、およびF、関心のある各波長における入射光子対吸収された光子の割合を計算するために調査するために、関心の波長を決定することです。- 適切な分光光度計の試料ホルダーに試料基板（ 例えば、ガラススライド）を配置します。レコード背景反射率（R（λ））と透過率（T（λ））スペクトル、製造元の指示に従って。注：例えば、BaOの4などの反射率標準はまた、正確なベースラインを得るために使用することができます。
- サンプルと基板を交換して、製造業者の指示に従って（R（λ））と透過率（T（λ））の反射率を記録。正確なスペクトルを得るために、バックグラウンド測定を引きます。
注：不透明な試料について、など積分球の添付ファイル付きのpectrophotometerを使用する必要があります。拡散反射率がセクション2.2.1-2のように測定された、しかし、サンプルは、製造業者の指示に従って、積分球の後ろにで配置する必要があります。 - 経由して吸収係数を計算します。
注：、dはcm単位での膜厚です。 - 経由して入射光子対吸収の数を計算
注：吸収係数と試料の厚さLが同じ単位を持っていることを確認してください。 - 検査によって吸収スペクトルから、関心の波長を決定します。これらは、バンドエッジにおける又はバンドテイルにおける光学遷移又は波長を含むことができます。これらの波長のそれぞれでF aを注意してください。
注：以下のキャリブレーション・プロセスは実験直前に実行されるべきです。
3.レーザパワーキャリブレーション
注：このセクションでは、 図3の光励起概略図を参照してください。 OPOSのような波長可変レーザは、各波長でのカップリングを必要とします。
- カップルファイバに自由空間レーザー
注：使用可能なレーザーは既に結合された繊維である場合は、このセクションをスキップしてください。
注：オフ軸放物面ミラーファイバカプラは、ミラー上の全ての波長の入射は、サンプル点に集束されることを意味し、無彩色です。その結果、繊維は、1つの波長での自由空間レーザに結合することができ、各波長での調整を必要としません。このステップは、任意の他の測定が実行される前に行われる必要があります
注：正確かつ再現可能に吸収されたレーザパワーを特徴づけることは多少困難であり得るが、それは、自由空間レーザを用いTRMCキャビティと光学装置を設計することが可能です。- 製造業者のプロトコルに従って、所望の値（ 例えば 750 nm）に入射波長を設定します。固定波長レーザの場合、このステップは不要です。
- 目に見えるクロスビーム用のレーザービームプロファイルを確認してください。これらが存在する場合は、唯一の中央のガウスビームは、ファイバカプラに渡すことができるように虹彩を使用しています。
- 入射レーザビームは、ミラーの光軸と一致するように軸外放物面鏡のファイバカプラを整列させます。
- ファイバカプラへとパワーセンサに光ファイバを接続します。ファイバコアが大きいほど、より多くの光がファイバ内に結合することができます。 1ミリメートルのコアNA 0.48繊維が有効に働きます。
- ファイバカプラの傾斜角度を調整しながら、電力センサをファイバの出力パワーを監視することにより、低消費電力でのファイバ結合を最大化します。センサによって測定された電力がLoでファイバカプラ傾斜角結果（ すなわち、調整を最大化されるときに最適な結合が達成されWER電力測定）
注：位置合わせが不良である場合には、ファイバの外側クラッドを損傷することが可能です。カチカチ音は穴がクラッドで燃焼されていることを示します。この場合には、すぐにレーザーをオフにして、低電力で、カプラの粗アライメントを行います。 - 徐々にレーザパワーを増大させ、3.1.5のようにカップリングを改良。
- キャビティ損失係数の測定
注：このセクションは、セクション3.1で概説ファイバーカップリング手順の後に行われるべきです。- 適切な電力センサを使用してファイバを介して送信電力を測定します。この測定は、キャビティ内に光ファイバを接続する前に行われます。
- サンプルで電力を測定します。空洞が螺合さ4四分の一波長板で構成されている場合、これは最も簡単である（ 図4参照）。正確かつ再現可能にこれを行うには、空洞を外しサンプルでマスクを試料ホルダーのサイズを置きます位置及びマスクを通して検出器に到達するレーザパワーを測定します。
- 試料で測定された電力によってファイバで測定したレーザパワーを分割することによって共振器損失係数を計算します。この測定は、アカウントの幾何学的な損失だけでなく、セットアップ中に拡散コンポーネントによる損失を考慮に入れます。
- 関心の波長毎にこの測定を繰り返します。
4.キャビティ内にサンプルをマウントします
- サンプルが一旦挿入空洞の中央になるように設計テフロンサンプルホルダ内のサンプルを置きます。
- 空洞の光入力に面した薄いフィルムで、最大電界の位置でキャビティ内に試料ホルダーを挿入します。 図4は、キャビティと試料ホルダーの詳細な概略を示しています。
5.キャビティ感度校正14
注：過剰写真は電荷を生成しましたキャリアは、サンプルの導電率の変化につながります
空洞からの反射マイクロ波電力の減少をもたらす（SM-1） 
。導電性17の小さな変化のために、マイクロ波電力の変化は、キャビティ感度因子を介して導電率の変化に比例します。 
： 
導電率の変化
サンプルのバルクコンダクタンスの変化に関連しています
ビア
注：このキャリブレーションは、キャリア移動度を充電するためにマイクロ波電力を変換する必要があります。目的の場合研究のダイナミクスを比較または相対結果を得ることで、このキャリブレーションが必要とされません。
注：このセクションでは、 図5のマイクロ波検出の設定を参照してください。
- （検出ダイオードまたはIQ変調検出器の出力に例えば ）だけで検出する前に、回路内のポイントにネットワークアナライザの循環入力ポートの接続1.ポート2にネットワークアナライザのポート1に接続します。回路の共振曲線を得るためには、2ポートS21の測定として（挿入されたサンプルとIE）ロードされたキャビティからの反射電力を測定します。 14
注：空洞外部のマイクロ波検出回路と一致していない場合、共振曲線は、回路内の空洞VSスタンドアロン空洞のために異なるであろう。これにより、キャビティから1ポート反射測定としてはない共鳴を測定した方がよいのではなく、2ポートとしての「反射」の測定THRサーキュレータウワーッ。
注：共振周波数は、主に使用されている空洞の形状によって決定されます。任意のマイクロ波周波数は原則として使用することができるTRMCのための典型的な共振周波数は、Xバンド（〜10ギガヘルツ）とQ帯（〜34ギガヘルツ）に見出されます。本稿では、我々はXバンドキャビティと比較した場合、より大きなサンプル空間を提供しながら、同様のマイクロ波応答を提供する6.5 GHzの、〜の共振周波数でキャビティを使用しています。 - 品質係数を最適化し、
、より深く狭くなる共振ディップを観察することによって、同調ネジで空洞の。
注：Qファクタを最適化することは、必ずしも、キャビティ応答時間Q値は、感度を増加させる増加しながらQを最大化するという意味ではありません
増加します。より高い時間分解能を得るために、感度を低減することが好ましいです。もし光誘起電荷キャリアは著しくQが歪ん電力測定の結果、大きい場合、共振周波数はまた、一時的空洞帯域幅の外側にシフトすることができる、材料の誘電率を変更します。これらのケースでは、わずかに共振器を過結合すると、反射電力の精度を向上させることができます。 - セクション5.1.1で説明したようにネットワークアナライザを使用しての最適化された共振曲線を測定し、記録します。
- プロットPは、リニアスケール上/ Pの事件を 反射して、図6に示すように、ローレンツ線形でベースライン補正されたフィギュアにフィット。
- ロードされた品質係数を計算します
ビア： 
注：ここで、
共振曲線の半値全幅（FWHM）であるとエーション "SRC =" /ファイル/ ftp_upload / 55232 / 55232eq19.jpg "/>は、共振周波数です。 - 14を介して空洞の空洞感度因子A（Ωセンチ）を計算します。
どこ
共振周波数における入射電力と反射の比率が、ありますロードされた共振周波数であり、 
共振周波数は、 
共振周波数における材料の誘電率であり、 
空き領域（F / cm）での誘電率です。
注：この式は、試料が全空洞を満たす前提としています。 - サンプルgeometrに対する感度係数を修正Y：
次の補正係数は、サイズの薄膜試料[ワット×L×W]（最大電界ですなわち ）は、z 0 = D / 4で空洞を中心に、（L << d）に適用されます。ここで、Lは試料の厚さ（cm）であり、AおよびBは、それぞれ矩形のキャビティの長辺と短辺であり、Dは、キャビティ（センチメートル）の長さです。幾何学補正された感度係数aは次式で与えられます。
C zは 、C xyがで与えられるzおよびX-Y方向に沿ってキャビティ空間の充填が不完全に起因する補正係数次のとおりです。
6.シングルTRMCトランジェント測定手順
- 最適な測定パラメータを決定します：手動で信号を見つけます
注：嘆願SEは、プロトコルの次のセクションを読む前に、図2に示された実験の概略を参照してください。
注：マイクロ波検出回路を設定することは、手動で、または適切なソフトウェアを使用してのいずれかで行うことができます。典型的には、各新しいサンプルに対して、（例えば、共振周波数、マイクロ波電力、トリガ位置、および時間ベースのような）測定パラメータは未知であり及び/識別信号を最適化するように調整されなければなりません。これは通常、手動で行われています。信号が識別されると、測定パラメータは、測定プロセスを自動化するために使用されるMATLAB（または他の）スクリプトに入力されます。- セクション2.2.5で決定されるようにチューニング対象の波長にレーザ。
- レーザは、調整可能なパワー設定がある場合は、製造業者の指示に従って、最大出力電力を設定します。 （これは、電力調整つまみ手動伴うこと、またはレーザーに応じてソフトウェアを介して行われてもよいです）。
- 既に（接続電力センサに）光ファイバに結合し、電力計を使用してファイバを透過したレーザパワーを測定します。繊維は、この段階で、キャビティに接続されていません。
注：非常に短いパルスレーザの場合、これはしばしば最良のではなく、非常に高いパワーで時間的飽和あるいは絶縁破壊を受けることができるダイオードセンサ、より熱（平均電力）センサーを使用して行われます。 - 所望の電力レベルにレーザーパワーを減衰させるために中性濃度（ND）フィルタを使用してください。
注：フィルタを使用より低いレベルに電力を設定しないようにすることが可能であるが、より正確な電力測定値は、減衰、高電力を測定することによって得ることができます。 - この励起強度を経由でN phを、吸収された光子数/ cm 2で /パルスを計算します。
- 空洞に光ファイバを接続します。
- 図5に示すように、検出回路を設定します。
注：ベクトルネットワークアナライザは、これらの測定を実行するために使用されました。しかし、電力センサとしてマイクロ波ダイオードを使用して、例えば、代替的なマイクロ波検出の設定を使用することが可能です。 - ネットワークアナライザを使用して、我々の設定については、セクション5で測定され、ロードされた空洞の共振周波数にマイクロ波源の周波数を設定し、これは、連続的な周波数出力を有効にし、手動で出力マイクロ波の周波数を入力することを含みます。
- 0 dBmのにマイクロ波電力を設定します。
- レーザーを使用してネットワークアナライザ（または代替の検出器）をトリガします。フィッティングのためのベースラインとして使用するレーザーパルスの前に「暗い」信号の数マイクロ秒の信号の立ち上がりをキャプチャするために必要なトリガ・オフセットを決定します。信号はbaseliその後、100マイクロ秒の長さである場合には、例えば （信号長の1/10にオフセットトリガーがうまく機能の設定neのトリガ）が10マイクロ秒によって相殺されるべきです。これは、「外部」にトリガ・モードを変更し、信号が検出されるまでトリガ・オフセットを調整することを含みます。
- 一過性の尾部が初期減衰することをはるかに長くなるようなネットワークアナライザ（または代替検出器）のタイムベースを調整します。多くの場合、信号がノイズフロアに減衰したこと（リニアスケールで）表示された場合であっても持続するロングテールがあります。
注：使用するタイムベースが十分に長い場合、平均TRMCの過渡現象を記録し、対数スケールでプロットするかを決定します。
- 生の過渡状態を測定します
注：TRMCデータのスイートを取得する場合、通常、測定プロセスは、マイクロ波源と検出器とのインタフェースによって自動化されています。本論文では、自家製のMATLABスクリプトは、マイクロ波出力（FREQ、および電力）を設定するために使用されており、また、測定データの集録を設定するには（測定時間ベース、トリガーオフセット、数oをFの平均値）。- 測定は、入力マイクロ波周波数とパワーだけでなく、実験用スクリプトに上記のセクションで決定された画像取り込みトリガオフセットと測定時間ベースの自動化されている場合。
- 連続レーザーをパルス化しながら、ネットワークアナライザ（または代替検出器）にTRMC崩壊過渡を測定し、記録します。平均少なくとも100トレース（S / Nは、シングルショット測定と非常に高い場合であっても）、パルスレーザにおけるショット間の電力変化を補償します。測定が自動化されている場合、これは、実験のスクリプトを実行することによって行われます。
注：平均化は、特に、 図7に示すような長い小振幅減衰テールを有する試料について、十分な信号対雑音比を得るために必要とされてもよいです。
注：正と負の「ローブ」反転過渡、または過渡現象は、マイクロ波周波数は、空洞の共振周波数ではないことを示すことができます。秒を調整しますource周波数過渡信号が最大になるまで。 - キャビティから繊維を切断し、光ポートキャップ。まだ共振器内のサンプルと、前のステップのように、平均値と同じ数で読書背景を取りませんが、もはや照明されます。
- 信号トレースから背景トレースを引きます。
- 電荷キャリアあたりの移動度に生データを処理します
- 介して反射電力の変化を計算
注：ここで、
生の過渡のベースライン値は、（照明の前）であり、 
生の一時的なデータです。
注：検出器は、電源（ 例えばダイオード+オシロスコープ）ない電圧場合は、スケーリング係数が含まれている必要があります。スケーリング係数は、通常、dで引用されていますIODEメーカー;そうでない場合は、入力マイクロ波電力対出力電圧のキャリブレーションを行うことによって得ることができます。
- （ すなわち過渡を再スケール）電荷キャリアあたりの移動度に反射電力の変化を介して、変換します。
注：ここで、
レーザーパルスの終了に対応します、 
電子の電荷であり、 
短期および長期の空洞の寸法との間の比であります
1cm 2当たりの吸収された光子の数であり、そして
（Ω）反射マイクロ波pを関連コンダクタンスΔGの変化にower。このリスケーリングは、異なるレーザパワーと波長で撮影したTRMC過渡の意味のある比較を可能にします。
注意：
実際には、電子と正孔の総移動度です。しかし、我々はTRMCを使用して、これらの寄与を区別することはできませんので、我々は簡単にするためにそれらを一緒にしこり。 - 適切なモデルでTRMCトレースを取り付けます。
注：データは、単一または二重指数形式を以下の場合、これは簡単です。しかし、データは、ODE溶液を嵌合関係する運動モデルにデータを適合するために必要とすることができる単純な形を持っている（ 図7参照 ）。フィッティング方程式/モデルは、機器の応答関数で畳み込まれるべきである（データの時間分解能を制限する機器の応答時間に対応する幅のT = T レーザーを中心例えばガウス。）
- 介して反射電力の変化を計算
7.導電率の実数部と虚数部の調査
- マイクロ波プローブの周波数の関数としてTRMCトレースを測定します
注：複数のTRMCを取ることによって、（複雑な）導電率のダイナミクスは、実際の（導電率）に分解することが可能と虚数（偏光）のコンポーネントがロードされた空洞の共振曲線に及ぶマイクロ波周波数でトレースします。- 共振周波数を決定します
S21空洞共振曲線から暗所でサンプルとキャビティの（ 図6を参照）。 - x>の20周波数点を選択します。
この共振曲線に沿って。これらの点はローレンツ関数を適合させるために使用されるので、暗い共振周波数f cに近いより多くのポイントがある場合、それが最善である（参照図9）。 - （ 例えば自由キャリア分極、トラップされた電荷分極のためのサブバンドギャップのためのバンドギャップ以上）関心の偏光力学に応じて励起波長を設定します。
- 最大レーザー出力を設定します（これは最高のS / Nが得られます）。
- 繊維のうち、レーザパワーを測定します。暗闇の中で、空洞の共振周波数にプローブマイクロ波周波数を設定します。
。 - 以下のための固定されたレーザー強度で、上記の測定はセクション6を繰り返しに記載されているようにTRMCトレースを取得
。
- 共振周波数を決定します
- 周波数データ後処理：実部と虚部への脱構築
- プロットTRMC過渡電力
関数の時間とプローブマイクロ波周波数として図8に示すように、ES / ftp_upload / 55232 / 55232eq116.jpg "/>、。 - プロット
そして
t = 0で、各マイクロ波周波数用のレーザーパルスのT =最後に、TRMC電力、 図8に示すように 。 - 時間内の各スライスについて
共振曲線を構築
。 - 共振周波数を得るために、ローレンツとこの曲線にフィット
、および共振電源
。 - プロット対ヒステリシスのような極性を得ること化の進化プロット（ 図8の挿入図を参照）。
- 経由して正規化された過渡周波数と過渡電力シフトを計算します。
- 共振周波数の変化をプロット
共振電力の変化
キャビティの中心周波数における過渡電力の変化
図10に示すように。
- プロットTRMC過渡電力
8.強度依存データスイート
- セクション2.2.5で決定されるようにチューニング対象の波長にレーザ。
- 最大のレーザパワーを設定します。
- 繊維のうち、レーザパワーを測定します。
- 空洞に光ファイバを接続します。
- セクション6で概説したように、単一のTRMC過渡を取得します。
- （ファイバ出力を持つレーザーの場合、NDフィルタはファイバ出力とキャビティ光ポートの間に置かれなければならない2つの虹彩の間、または単にファイバカプラの前のいずれか）どこでもレーザーと光ファイバとの間にNDフィルタを挿入します。
- 6.1.5で説明したように吸収された光子の修正された数を計算し、記録します。
- セクション6で概説したように、単一のTRMC過渡を取得します。
注：減衰量が増加すると、それは平均の数を増加させることが必要となります。 - 必要に応じて、NDフィルタのような多くの組み合わせのために8.6から8.8を繰り返します。
注：強度の依存性は、多くの場合、数桁にわたって観察されています。高い電力制限は所与の波長で最大出力レーザパワーによって設定されます。低電力制限は、検出設定の感度によって設定されます。
9.波長依存データスイート
注：ORDで異なる波長でTRMC過渡を比較するERは、レーザーは、次に、誘導されたキャリア濃度が一定となるように各波長に較正されなければなりません。
- 達成可能な最大誘導電荷キャリア密度N個のキャリアを制限する波長を決定します。これは、その波長で利用可能なレーザパワーによって、または試料の吸収特性によって制限され得ます。上記インターサブバンドギャップレジームに及ぶ波長でTRMCトランジェントを測定する場合、例えば、サブバンドギャップ波長での低吸収を最大キャリア密度を制限します。
- 使用して、各波長でのこの一定の基準キャリア密度N キャリアを生成するために必要なレーザーパワーを計算します。
- チューン所望の波長のレーザー。 9.2で計算された値にレーザパワーを設定します。空洞に光ファイバを接続します。に概説されるように、単一のTRMCトランジェントを取得関心の波長毎の部6手順を繰り返し9.3。
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結果
ここに提示代表的な結果は、250nmでのCH 3 NH 3 PBI 3薄膜試料から得ました。
導電性のダイナミクス
電荷キャリアのダイナミクスに関連することができます
ビア
その電荷キャリア移動...
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ディスカッション
TRMC技術は、光誘起電荷キャリアダイナミクスに関する豊富な情報を提供することができますが、これは導電性の間接的な測定であるため、結果を解釈する際に注意する必要があるが気になります。 TRMC技術は、全移動度を測定し、電子と正孔移動度を区別するために使用することができません。導電率は、反射電力の変化に比例することが基本となる仮定は、変化が小さい（<5％）16である場合にのみ成立します。崩壊時の共振周波数のずれが大きい場合にはまた、その後合計（錯体）導電率は、データを分析することができる前に、実数成分と虚数成分に分解されなければなりません。 TRMC技術は、電気伝導性からだけでなく、双極子再配向に起因する誘電損失からだけでなく、貢献を有していてもよく、誘電率の虚部の変化に敏感です。この技術は、区別するために使用することができませんこれら二つのメカニズムの間、私たちは、電気伝導度は、結晶材料のための良好な仮定であるが、溶液中の試料に対して有効ではないかもしれない架空の誘電率に支配的な貢献であることをここで想定しています。
絶対的で...
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開示事項
著者らは開示するものは何もない。
謝辞
承認はオーストラリア研究評議会（LE130100146, DP160103008）に対して行われます。JAGはAustralian Postgraduate Award、DRMはARC Future Fellowship(FT130100214)によってサポートされています。有益な議論をしてくれたNikos Kopidakisに感謝します。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ヘルマネックスIII洗剤 | グマアルドリッチ www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/z805939?lang=en®ion=AU | Z805939 | 腐食性で有毒です。SDS を参照してください。 |
| ヨウ化鉛(II)(99%) | シグマ・アルドリッチ www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/211168?lang=en®ion=AU | 211168 | 有毒です。SDS を参照してください。 |
| 無水ジメチルホルムアミド(99.8%) | シグマアルドリッチ www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/227056?lang=en®ion=AU | 227056 | 有毒です。SDS を参照してください。 |
| 無水ジメチルスルホキシド(99.9%) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/276855?lang=en®ion=AU | 276855 | 毒性があります。SDS を参照してください。 |
| 無水2-プロパノール(99.5%) | シグマアルドリッチ www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/278475?lang=en®ion=AU&gclid= COnlgPaw780CFQZvvAod17EA4Q | 278475 | |
| ヨウ化メチルアンモニウム | Dyesol www.dyesol.com/products/dsc-materials/perovskite-precursors/methylammonium-iodide.html | MS101000 | また、シグマ アルドリッチによって販売 |
| ポリ(メタクリル酸メチル) | シグマ アルドリッチ | 445746 | |
| 無水クロロベンゼン (99.8%) | シグマ・アルドリッチ www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/445746?lang=en®ion=AU | 284513 | 有毒です。SDS を参照してください。 |
| Equipment< | strong>Company | Model | Comments/Description |
| UV-VIS-NIR 分光光度計 | Perkin-Elmer | ラムダ900 | |
| プロファイラー(表面形状測定機 | Veeco | Dektak 150 | |
| ベクトルネットワークアナライザー | Keysight www.keysight.com/en/pdx-x201927-pn-N9918A/fieldfox-handheld-microwave-analyzer-265-ghz?cc=US&lc=eng | Fieldfox N9918A | |
| 波長可変レーザー | Opotek www.opotek.com/product/opolette-355 | Opolette 355 | |
| 減光フィルター | Thorlabs www.thorlabs.hk/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=3193 | NUK01 | |
| パワーメーター | Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=PM100D | PM100D | |
| パワーセンサー | Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=S401C | S401C | |
| キャビティ | カスタムメイド | この実験に使用した空洞は、自社で設計・製作しました。 |
参考文献
- Park, J., Reid, O. G., Blackburn, J. L., Rumbles, G. Photoinduced spontaneous free-carrier generation in semiconducting single-walled carbon nanotubes. Nat. Comm. 6 (8809), (2015).
- Dicker, G., de Haas, M. P., Siebbeles, L. D., Warman, J. M. Electrodeless time-resolved microwave conductivity study of charge-carrier photogeneration in regioregular poly (3-hexylthiophene) thin films. Phys. Rev. B. 70 (4), 045203(2004).
- Oga, H., Saeki, A., Ogomi, Y., Hayase, S., Seki, S. Improved understanding of the electronic and energetic landscapes of perovskite solar cells: high local charge carrier mobility, reduced recombination, and extremely shallow traps. J. Am. Chem. Soc. 136 (39), 13818-13825 (2014).
- Ponseca, C. S. Jr, et al. Organometal halide perovskite solar cell materials rationalized: ultrafast charge generation, high and microsecond-long balanced mobilities, and slow recombination. J. Am. Chem. Soc. 136 (14), 5189-5192 (2014).
- Guse, J. A., et al. Spectral dependence of direct and trap-mediated recombination processes in lead halide perovskites using time resolved microwave conductivity. Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 12043-12049 (2016).
- Kunst, M., Abdallah, O., Wünsch, F. Passivation of silicon by silicon nitride films. Solar energy materials and solar cells. 72 (1-4), 335-341 (2002).
- Hutter, E. M., Eperon, G. E., Stranks, S. D., Savenije, T. J. Charge Carriers in Planar and Meso-Structured Organic-Inorganic Perovskites: Mobilities, Lifetimes and Concentrations of Trap States. J. Phys. Chem. Lett. 6 (15), 3082-3090 (2015).
- Cosme, I., et al. Lifetime assessment in crystalline silicon: From nanopatterned wafer to ultra-thin crystalline films for solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 135, 93-98 (2015).
- Katoh, R., Furube, A., Yamanaka, K. I., Morikawa, T. Charge separation and trapping in N-doped TiO2 photocatalysts: A time-resolved microwave conductivity study. J. Phys. Chem. Lett. 1 (22), 3261-3265 (2010).
- Colbeau-Justin, C., Valenzuela, M. A. Time-resolved microwave conductivity (TRMC) a useful characterization tool for charge carrier transfer in photocatalysis: a short review. Revista mexicana de física. 59 (3), 191-200 (2013).
- Luna, A. L., et al. Synergetic effect of Ni and Au nanoparticles synthesized on titania particles for efficient photocatalytic hydrogen production. Applied Catalysis B: Environmental. 191, 18-28 (2016).
- Ferguson, A. J., Kopidakis, N., Shaheen, S. E., Rumbles, G. Quenching of excitons by holes in poly (3-hexylthiophene) films. J. Phys. Chem. C. 112 (26), 9865-9871 (2008).
- Ferguson, A. J., Kopidakis, N., Shaheen, S. E., Rumbles, G. Dark carriers, trapping, and activation control of carrier recombination in neat P3HT and P3HT: PCBM blends. J. Phys. Chem. C. 115 (46), 23134-23148 (2011).
- Savenije, T. J., Ferguson, A. J., Kopidakis, N., Rumbles, G. Revealing the Dynamics of Charge Carriers in Polymer:fullerene Blends Using Photoinduced Time-Resolved Microwave Conductivity. J. Phys. Chem. C. 117 (46), 24085-24103 (2013).
- Xiao, Z., et al. Efficient, high yield perovskite photovoltaic devices grown by interdiffusion of solution-processed precursor stacking layers. Energy Environ. Sci. 7 (8), 2619-2623 (2014).
- Infelta, P. P., De Haas, M. P., Warman, J. M. The study of the transient conductivity of pulse irradiated dielectric liquids on a nanosecond timescale using microwaves. Radiat. Phys. Chem. 10 (5-6), 353-365 (1977).
- Saeki, A., Seki, S., Sunagawa, T., Ushida, K., Tagawa, S. Charge-carrier dynamics in polythiophene films studied by in-situ measurement of flash-photolysis time-resolved microwave conductivity (FP-TRMC) and transient optical spectroscopy (TOS). Philosophical Magazine. 86 (9), 1261-1276 (2006).
- Choi, W., Miyakai, T., Sakurai, T., Saeki, A., Yokoyama, M., Seki, S. Non-contact, non-destructive, quantitative probing of interfacial trap sites for charge carrier transport at semiconductor-insulator boundary. Appl. Phys. Lett. 105 (3), 033302(2014).
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