Abstract
구체적 유기 납 할라이드로서 티탄 석 광전지 재료 박막 반도체의 포토 - 유도 전하 캐리어의 재결합의 동력학을 조사하는 방법이 제공된다. 페 로브 스카이 트 막 두께 및 흡수 계수를 처음 프로필 로메 및 UV-VIS 흡수 스펙트럼을 특징으로한다. 레이저 파워와 공동 모두 감도 교정을 상세히 설명한다. 플래시 광분해 시분 전자 전도도 (부 (Trmc)) 실험을 수행하기위한 프로토콜은, 물질의 전도도를 결정하는 비접촉 방법은 제시된다. 마이크로파의 주파수의 함수로서 부 (Trmc)를 수행하여 복소 전도도의 실수 및 허수 성분을 식별하는 처리를 설명한다. 전하 캐리어 역학 (전력 및 파장을 모두 포함) 다른 여자 정권에서 결정된다. 직접 트랩 매개 붕괴 과정을 구분하는 기술을 제시하고 논의한다.결과는 모델과 반도체의 광유도 전하 캐리어의 일반적인 운동 모델을 참조하여 해석됩니다. 설명 된 기술은 유기 및 무기 광전지 재료를 포함하는 나노 입자의 광전자 재료의 넓은 범위에 적용 가능하고, 반도체 박막 / 전도성.
Introduction
플래시 광분해 시간 해결 전자 전도도 (FP-부 (Trmc))는 그 전하 캐리어 재결합 과정을 조사하기위한 이상적인 도구 만드는 NS-μs의 시간 척도에 광 여기 전하 캐리어의 역학을 모니터링합니다. 박막 반도체의 포토 - 유도 전하 캐리어의 붕괴 메커니즘을 이해하는 광기 전력 장치의 최적화를 포함한 애플리케이션의 범위 키 중요하다. 유도 캐리어 수명은 종종 유도 캐리어 밀도, 여기 파장, 이동성, 트랩 밀도와 트래핑 속도의 함수입니다. 이 논문은 캐리어 동적 종속성 (강도, 파장, 전자 레인지 주파수)와 그 해석의 넓은 범위를 조사하기위한 시간 해결 전자 전도도 (부 (Trmc)) 기술의 다양성을 보여줍니다.
Photogenerated 전하들은 이동성 degre에 따라 실수 및 재료의 유전율의 허수 부 모두를 수정할 수 감금 / 현지화 1의 전자. 물질의 도전율 
그 복소 유전율에 비례
어디에 
마이크로파 전계의 주파수는, 
과 
비유 전율의 실수 부이다. 따라서, 도전성의 실수 부분은 비유 전율의 허수 부에 관련되고, 도전율 (이후에, 편광이라고도 함)의 허수 부분이 공진 주파수의 변화와 관련되어있는 동안, 마이크로 웨이브 흡수에 매핑 될 수있다 전자 레인지 필드 1.
캐리어 동역학 프로브로서 마이크로파 전력을 사용하는 중요한 장점은 또한 전하 캐리어 감쇠기구의 감쇠 수명을 모니터로 / 경로는 또한 조사 할 수 있다는 점이다.
부 (Trmc)는 총 이동 3 및 수명을 결정하는데 사용될 수있다유도 전하 캐리어의 시간 4. 이러한 매개 변수는 다음에 직접 트랩 매개 재결합 메카니즘 3,5- 구별하는데 사용될 수있다. 이들 두 개의 경로 감쇠의 의존성 정량적 캐리어 밀도 3, 5, 여기 에너지 / 파장 (5)의 함수로서 분석 될 수있다. 유도 된 캐리어의 위치 파악 / 한정은 (유전율의 실수 부 허수 VS) 분극 5 대 도전성의 붕괴를 비교하여 조사 할 수있다.
또한, 아마도 가장 중요한 부 (Trmc)는 전하 캐리어 감쇠 통로 역할 트랩 상태를 특성화하기 위해 사용될 수있다. 표면 트랩, 예를 들면, 패시베이션 샘플 6 대 패시베이션 비교하여 벌크 트랩 구별 될 수있다. 서브 - 밴드 갭 상태 수직접 서브 밴드 갭 여기 에너지 (5)를 사용하여 조사한다. 트랩 밀도가 부 (Trmc) 용 데이터 (7)를 끼워 맞춤으로써 도출 될 수있다.
나노 튜브 (1), 유기 반도체 (12) 재료를 혼합, 실리콘 (6), (8) 및 이산화 티탄 9, 10과 같은 기존의 박막 반도체 11 나노 입자 : 때문에이 기술의 다양성에 부 (Trmc)를 포함한 다양한 재료를 연구에 적용된 13, 14, 및 하이브리드 광전지 재료 3, 4, 5.
부 (Trmc)를 이용하여 정량적 인 정보를 획득하기 위해, 정확하게 수를 결정할 수 있도록 중요주어진 광 여진 용 광자 흡수. 박막, 나노 입자, 솔루션 및 불투명 한 샘플의 흡수를 정량화하는 방법이 다르기 때문에, 여기에 제시된 샘플 준비 및 교정 기술은 박막 샘플을 위해 특별히 설계되었습니다. 그러나, 제시된 측정 부 (Trmc) 프로토콜은 매우 일반적이다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. 샘플 준비
주의 :이 프로토콜에 사용되는 일부 화학 물질이 건강에 위험 할 수 있습니다. 모든 샘플 준비가 발생하기 전에 모든 관련 물질 안전 보건 자료를 참조하십시오. 적절한 개인 보호 장비 (실험실 코트, 보호 안경, 장갑 등) 및 엔지니어링 컨트롤 (예를 들어, 글러브 박스, 흄 후드 등) 페 로브 스카이 트 전구체를 처리하고, 용매를 사용한다.
주 :이 구역의 목적은 기판 상에 균일 한 두께의 박막을 형성하는 것이다. 이 절차는 샘플을 페 로브 스카이 유기 - 납 할라이드 특정하지만, 이것은 기상 증착, 스핀 코팅 및 스퍼터링 등의 중요한 결과는 균일 한 박막 인을 포함한 샘플과 샘플 제조 기술의 범위에 맞게 수정 될 수있다.
- 기판 청소
- 초음파 조에서 석영 (또는 낮은 철 유리) 기판을 배치30 분 동안 세제.
- 이소프로판올로 다음 초음파 초순수와 치료를 반복합니다.
- 질소 글로브 박스에 전송하기 직전 30 분 동안 질소 플라즈마에서 청소 기판을 배치합니다.
- CH 3 NH 3 PBI 3 상호 확산 방법 (15)를 사용하여 페 로브 스카이 트 샘플 준비
주 : 다음 단계는 질소 글로브 박스에서 수행된다.- 샘플 바이알에 PBI (2) 461 mg을 추가하고, 질소 글로브 박스에 전송할 수 있습니다.
- 혼합 85:15 DMF / DMSO 용매에서 무수 디메틸 설폭 사이드의 150 μL (DMSO)에 무수 디메틸 포름 아미드 850 μL (DMF)를 추가합니다.
- 용제 DMF / DMSO에 PBI이 추가 및 PBI이 완전히 용해 될 때까지 자기 교반 막대로 교반하면서 100 ℃에서 혼합물을 가열한다.
- 0.2 μm의의 PTFE를 통해 PBI 2 용액을 필터깨끗한 샘플 유리 병으로 필터링하고 100 ° C의 열판으로 돌아갑니다.
- 무수 이소프로판올 50 mL의 CH 3 I NH 3의 50 mg을 녹이고.
- (상온에서) 유리 기판 상에 뜨거운 PBI이 용액을 80 μL 분주하고 30 초 얇은 PBI 2 전구체 필름을 형성하기 위해 즉시 5,000 rpm에서 스핀.
- PBI를 2 막의 중심 상 3 NH 3 I 용액 직접 CH의 300 μL 부피를 주사하고, 즉시 30 초 동안 5000 rpm에서 코팅이 용액을 스핀.
참고 :이 단계는 CH 3 NH 3 I 솔루션의 단일 자신감 분배로 수행되어야한다. 이 결과 필름의 품질에 영향을 미치는으로 의도하지 않은 드립 않도록주의하십시오. - 전구체 막의 페 로브 스카이 트 구조로 결정화되도록 2 시간 동안 100 ℃에서 핫 플레이트 상에 시료를 놓는다. 그 결과 CH 3 NH 3 PBI 3 영화는 SMO해야한다거울 같은 표면 OTH, 약 250 nm 두께.
- 샘플 캡슐화
참고 :이 단계는 대기 저하로 고통 샘플에만 필요합니다.- 1 mL의 무수 클로로 벤젠, 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA) 10 ㎎을 녹인다. 스핀 코트 30 초 동안 1,000 rpm에서 PMMA 용액 50 μL와 샘플.
2. 샘플 특성
- 측정 샘플 두께
- 동반자 샘플에 작은 라인 에칭. 프로파일로를 사용하여이 에칭 근처의 표면을 스캔합니다. 막 두께 L.를 결정
참고 : 샘플을 빛 무료 (알루미늄 호일에 덮여 등)에 보관해야 사용할 준비가 될 때까지 산소가없는 (예 : 질소) 환경을 제공합니다.
- 동반자 샘플에 작은 라인 에칭. 프로파일로를 사용하여이 에칭 근처의 표면을 스캔합니다. 막 두께 L.를 결정
- 흡수 스펙트럼을 측정
참고 :이 측정의 세부 사항은 연산 대 예를 들면 분말 (샘플에 따라 달라집니다반투명 필름 대 aque 필름). 다음 절차는 반투명 박막 샘플을 위해 설계되었습니다. 이 부분의 목적은 (밴드 갭 엑시톤 기능 등을 결정하는 예) 및 F A, 관심있는 각각의 파장에서의 입사 광자 대 흡수 된 광자의 비율 계산 조사 관심 파장을 결정하는 것이다.- 적절한 분광 광도계의 샘플 홀더에 샘플 기판 (예를 들어 유리 슬라이드)를 놓습니다. 기록 배경 반사율 (R (λ)) 및 투과율 제조업체의 지침에 따라 (T (λ)) 스펙트럼. 참고 예 4의 BaO 등의 반사율 규격은 정확한 기준을 획득하는데 이용 될 수있다.
- 제조업체의 지침에 따라 (T (λ))를 샘플로 기판을 교체하고 반사율 (R (λ))과 투과율을 기록합니다. 정확한 스펙트럼을 얻었다 백그라운드 측정을 뺀다.
주 : 불투명 용 샘플로서적분 구 첨부 파일 pectrophotometer 사용해야합니다. 확산 반사율이 섹션 2.2.1-2 같이 측정 그러나 샘플을 제조자의 지시에 따라, 적분 구 뒤쪽에 배치한다. - 흡수 계수를 통해 계산 :
주 : d는 cm에서 필름의 두께이다. - 를 통해 입사 광자 대 흡수의 수를 계산
참고 : 흡수 계수 및 샘플 두께 L이 같은 단위가 있는지 확인합니다. - 검사에 의해 흡수 스펙트럼에서 관심의 파장을 결정합니다. 이것들은 대역 에지에서 또는 대역 꼬리 광 또는 파장 변환을 포함 할 수있다. 이러한 파장의 각각의 F a를합니다.
주 : 다음 교정 과정은, 실험 직전에 수행되어야.
3. 레이저 전원 교정
참고 :이 섹션에서는,도 3에서 광 여기 회로도를 참조하십시오. OPOS 같은 조정 파장 레이저는 각각의 파장에서 커플 링을 필요로한다.
- 커플 섬유로 자유 공간 레이저
참고 : 사용 가능한 레이저는 이미 광섬유 결합의 경우,이 섹션을 건너 뜁니다.
주 : 오프 액시스 파라볼라 미러 섬유 커플러 미러 모든 파장의 입사 샘플 포인트에 집중되는 것을 의미한다 무채색이다. 따라서, 섬유는 하나의 파장의 레이저의 여유 공간에 결합 될 수 있고, 각 파장에서의 조정을 필요로하지 않는다. 이 단계는 다른 측정을 수행하기 전에 수행해야합니다
주 :이 공동 부 (Trmc)와 자유 공간 레이저를 사용하여 광학적 셋업을 설계 할 수 있고, 정확하고 재현성 흡수 된 레이저 출력을 특성화하는 것은 약간 더 어려울 수도있다.- 제조 업체의 프로토콜에 따라 원하는 값 (예를 들어 750 ㎚)에 입사 파장을 설정합니다. 고정 파장 레이저의 경우,이 단계는 불필요하다.
- 가시 광선에 대한 교차 된 레이저 빔 프로파일을 확인한다. 이들이 존재하는 경우, 단지 중앙 가우시안 빔이 광섬유 결합기를 통과 할 수 있도록 홍채를 사용한다.
- 입사 레이저 빔이 거울의 광축과 정렬되도록 축외 포물선 미러 섬유 커플러 정렬.
- 광섬유 커플러 및 전력 센서 광섬유 연결한다. 섬유 코어 클수록 광 섬유에 결합 될 수있다. 1 밀리 코어 NA 0.48 섬유 효과적으로 작동한다.
- 섬유 커플러의 경사 각도를 조정하는 동안 힘 센서 섬유의 출력 전력을 모니터링함으로써 저전력 섬유 결합을 극대화. 센서에 의해 측정 된 전력이 LO의 섬유 커플러 경사각 결과 (즉, 조정이 최대화 될 때 최적의 커플 링이 이루어진다WER 전력 측정)
주 : 배향 불량 인 경우는 섬유의 외부 클래딩을 손상시킬 수있다. 똑딱 소리가 구멍이 클래딩에서 연소되고 있음을 나타냅니다. 이 경우, 즉시 레이저를 끄고 낮은 전력 커플러의 거친 정렬을 수행합니다. - 점차적으로 레이저 출력을 증가시키고 3.1.5과 결합을 세분화.
- 캐비티 손실 계수 측정
참고 :이 섹션은 3.1 절에 설명 된 섬유 결합 과정을 거친 후 수행해야합니다.- 적절한 힘 센서를 이용하여 광섬유를 통해 전송되는 전력을 측정한다. 이 측정 공동 내로 광섬유를 연결하기 전에 수행된다.
- 샘플에서 전력을 측정한다. 캐비티가 함께 나사 4 1/4 파장 판으로 구성되어있는 경우이 가장 쉬운 방법입니다 (그림 4 참조). 정확하고 재현성이 작업을 수행하려면, 캐비티를 풀어 샘플에서 마스크에게 샘플 홀더의 크기를 배치놓고 마스크를 통해 검출기에 도달하는 레이저 출력을 측정한다.
- 샘플에서 측정 된 힘에 의해 섬유에서 측정 된 레이저 전력을 나눔으로써 캐비티 손실율을 계산한다. 이 측정은 계정 기하학적 인 손실뿐만 아니라 설정에서 확산 요소로 인한 손실에 걸립니다.
- 관심있는 각각의 파장이 측정을 반복합니다.
4. 공동 내로 샘플 마운트
- 샘플은 한 번 삽입 된 캐비티의 중심에 있도록 설계 테프론 샘플 홀더에 샘플을 놓습니다.
- 공동의 광 입력에 대향하는 박막 최대 전계의 위치에 캐비티에 샘플 홀더를 삽입한다. 도 4는 공동 및 샘플 홀더의 상세한 개략도를 도시한다.
5. 구멍 감도 교정 (14)
참고 : 초과 사진은 전하를 생성담체는 샘플 전도도의 변화로 이어질 
캐비티로부터 반사 된 마이크로파 전력의 감소를 초래한다 (SM-1) 
. 도전성 17의 작은 변화를 들면, 마이크로파 전력의 변화를 캐비티 감도 인자를 통해 도전성의 변화에 비례 
: 
전도도의 변화 
시료 벌크 전도도의 변화와 관련된다 
통하다 
주 :이 교정은 전하 캐리어 이동하는 마이크로파 전력을 변환하는 것이 필요하다. 목표 경우이 연구는 역학을 비교하거나 상대적인 결과를 얻을 것입니다 때문에,이 보정이 필요하지 않습니다.
참고 :이 섹션에서 그림 5의 전자 감지 설정을 참조하십시오.
- (검출 다이오드 IQ 변조 검출기의 출력에 예를 들면 개) 검출 전에 회로의 지점 네트워크 분석기의 순환기의 입력 포트 1 연결 포트 (2) 네트워크 애널라이저의 포트 (1)를 연결한다. 회로의 공진 곡선을 얻기 위해, 2 포트 S21의 측정과 (삽입 샘플 IE) 로딩 캐비티로부터 반사 된 전력을 측정한다. (14)
주 : 캐비티 외부 전자 검출 회로와 매칭되지 않은 경우, 공진 곡선 회로 캐비티 VS 독립형 캐비티에 대해 상이 할 것이다. 따라서, 캐비티에서 단일 포트 반사 측정과없는 공명을 측정하는 것이 좋다 아니라 2 포트로 '반사'측정 THR서큘 레이터를 깨닫지 못하고 있거나 남의.
주 : 공진 주파수를 중심으로 상기 캐비티의 형상에 의해 결정되고 사용된다. 어떤 마이크로파 주파수가 원칙적으로 사용될 수 있지만 부 (Trmc)의 일반적인 공진 주파수는 X 대역 (~ 10 헤르쯔) 및 Q 대역 (~ 34 헤르쯔)에서 발견된다. 이 논문에서, 우리는 X 대역 캐비티에 비해 큰 표본 공간을 제공하는 동안 유사한 전자 응답을 제공하는 6.5 헤르쯔 ~의 공진 주파수를 갖는 공동을 사용한다. - 품질 계수를 최적화
공진 수영을 관찰하여 튜닝 나사와 공동의 깊고 좁은된다.
주 : Q 팩터 최적화 반드시 캐비티 응답 시간 Q 인자 감도를 증가시키면서 증가 Q. 극대화 의미하지 않는다
또한 증가한다. 보다 높은 시간 해상도를 얻기 위해 감도를 줄이는 것이 바람직 할 수있다. 경우] 질문은 왜곡 전력 측정 결과 크면 광 유도 전하 캐리어가 상당히 물질의 유전 상수를 변경, 공진 주파수는 또한 시간적 캐비티 대역폭 밖에 이동할 수있다. 이 경우, 약간 공진기 overcoupling은 반사 전력의 정확도를 향상시킬 수있다. - 측정 및 5.1.1 절에 설명 된 네트워크 분석기를 이용하여 최적의 공진 곡선을 기록한다.
- 곡선 P는 선형 스케일 / P 입사 반사되고,도 6에 도시 한 바와 같이, 로렌츠의 lineshape과 기준선 보정도를 장착한다.
- 로드 품질 계수를 계산
를 통해 : 
참고 : 어디
공진 곡선의 절반 최대치 (FWHM)에서 전체 폭이고ATION "SRC ="/ 파일 / ftp_upload / 55232 / 55232eq19.jpg는 "/> 공명 주파수이다. - (14)를 통해 공동의 캐비티 감도 인자 A (Ω의 cm)을 계산한다 :
어디에
공진 주파수에서 입사 전력에 반영하는 비율이며, 로드 공진 주파수는, 
공진 주파수는, 
공진 주파수에서의 물질의 유전 상수이고, 
여유 공간 (F / cm)의 유전율이다.
참고 :이 수식은 샘플이 전체의 공동을 채우는 가정합니다. - 샘플 geometr의 감도 계수를 수정와이:
다음 정정 인자의 크기의 박막 샘플 [w × L × w (최대 전계에서 예) 0, Z = D / 4의 캐비티 중심 (L << d)에 적용된다. 여기서, L은 샘플 두께 (cm)이고, A와 B는 직사각형 공동 부의 긴 측면과 짧은 각각이고 D는 캐비티 (cm)의 길이이다. 기하 감도 보정 계수 A는로 주어진다 :
C의 Z, C의 XY 기인 Z 및 XY 방향을 따라 캐비티 공간의 완전 충전에 대한 보정 계수는 곳으로 주어진다 :
공진 수영을 관찰하여 튜닝 나사와 공동의 깊고 좁은된다. 
또한 증가한다. 보다 높은 시간 해상도를 얻기 위해 감도를 줄이는 것이 바람직 할 수있다. 경우] 질문은 왜곡 전력 측정 결과 크면 광 유도 전하 캐리어가 상당히 물질의 유전 상수를 변경, 공진 주파수는 또한 시간적 캐비티 대역폭 밖에 이동할 수있다. 이 경우, 약간 공진기 overcoupling은 반사 전력의 정확도를 향상시킬 수있다. 
를 통해 : 
공진 곡선의 절반 최대치 (FWHM)에서 전체 폭이고ATION "SRC ="/ 파일 / ftp_upload / 55232 / 55232eq19.jpg는 "/> 공명 주파수이다. 
공진 주파수에서 입사 전력에 반영하는 비율이며, 
공진 주파수는, 
여유 공간 (F / cm)의 유전율이다. 
6. 단일 부 (Trmc) 과도 측정 절차
- 최적의 측정 파라미터를 결정 수동으로 신호를 찾을 수
참고 : 항변자체 프로토콜의 다음 섹션을 읽기 전에 그림 2에 제시된 실험 회로도를 참조하십시오.
주 : 손에 의해 또는 적절한 소프트웨어를 사용하거나 할 수있는 전자 검출 회로를 설정. 일반적으로, 각각의 새로운 샘플에 대해 (예컨대, 공진 주파수, 마이크로파 전력 트리거 위치 및 시간 기준)을 측정 파라미터는 미지의 및 / 식별 신호를 최적화하도록 조정되어야한다. 이것은 일반적으로 수동으로 수행된다. 신호가 발견되면, 상기 측정 파라미터는 측정 과정을 자동화하는 데 사용되는 MATLAB (또는 기타)로 스크립트가 입력된다.- 조정 섹션 2.2.5에서의 결정에 따라 관심의 파장의 레이저,.
- 레이저 파워 조정 설정이있는 경우, 제조자의 지시에 따라, 최대 출력 전력을 설정한다. (이 파워 조절 노브를 수동으로 포함되거나 레이저에 따라 소프트웨어를 통해 수행 될 수있다).
- 이미 (연결파워 센서) 광섬유 접속, 및 전력 미터를 이용하여 광섬유를 통해 전송되는 레이저 파워를 측정한다. 섬유는이 단계에서 캐비티에 연결되지 않는다.
주 : 매우 짧은 펄스 레이저를 들어, 이것은 종종 가장 높은 전력에서 시간적 포화 또는 내압을 거칠 수 다이오드 센서보다는 열 센서 (평균 전력)을 사용하여 수행된다. - 원하는 전력 레벨로 레이저 파워를 감쇄 된 ND (Neutral Density) 필터를 사용한다.
참고 : 필터를 사용하여 낮은 레벨의 전원을 설정하지 않을 수 있지만, 더 정확한 전력 판독이어서 고출력 감쇠를 측정함으로써 얻을 수있다. - 이 여진 강도를 통해 N에서 산도, 흡수 된 광자의 수 / cm 2 / 펄스를 계산한다 :
- 캐비티에 섬유를 연결합니다.
- 도 5에 도시 된 바와 같이, 검출 회로를 설정한다.
주 : 벡터 네트워크 분석기는 이러한 측정을 수행 하였다; 그러나 전력 센서로서 마이크로파 다이오드를 사용하여 예를 들면 다른 전자 검출 설정을 사용하는 것이 가능하다. - 네트워크 분석기를 이용하여 우리 셋업 부 (5)에서 측정 된 바와 같이, 적재 된 공동의 공진 주파수로 마이크로파 소스 주파수를 설정하고,이 연속 된 주파수 출력이 가능하고 수동으로 출력 마이크로파의 주파수를 입력하는 것을 포함한다.
- 0 dBm의에 마이크로파 전력을 설정합니다.
- 레이저를 사용하여 네트워크 분석기 (또는 다른 검출기)를 발생시킨다. 레이저 펄스 피팅을위한 기준으로 사용하기 전에 "진한"신호의 몇 마이크로과 신호의 상승을 포착 할 필요가 트리거 오프셋을 결정한다. 또한, 신호 길이의 1/10 트리거 오프셋을 설정하는 기능 (예를 들면, 신호는 100 μS 길면 baseli네브라스카 트리거)는 10 μs의 상쇄해야한다. 이것에 "외부"트리거 모드를 변경하고, 신호가 발견 될 때까지 트리거 오프셋을 조정하는 것을 포함한다.
- 과도 꼬리가 더 이상 초기 부패하는 것을 네트워크 분석기 (또는 다른 검출기) 등의 타임베이스를 조정합니다. 종종,이 신호가 잡음 플로어에 소멸했다고 (리니어 스케일)를 표시하는 경우에도 계속 긴 테일이 존재한다.
참고 : 사용되는 타임베이스가 충분히 긴 경우, 평균화 부 (Trmc) 과도를 기록하고 로그 - 로그 스케일에 플롯 확인하십시오.
- 원시 과도를 측정
주 : 데이터 부 (Trmc)의 스위트받을 때 일반적으로, 측정 처리는 마이크로파 소스와 검출기와의 인터페이스에 의해 자동화되어있다. 이 논문에서, 집에서 만든 MATLAB 스크립트는 전자 레인지 출력 (주파수, 전력)를 설정하는 데 사용되었으며, 또한 측정 수집을 구성합니다 (측정 시간 기준, 트리거 오프셋 수 오F 평균).- 측정은, 입력 마이크로파 주파수 및 전원뿐만 아니라 실험 스크립트에 상기 섹션에서 결정된 포착 트리거 오프셋 측정 시간베이스를 자동화하는 경우.
- 연속 레이저를 펄스하는 동안 측정 및 네트워크 분석기 (또는 다른 검출기)의 부 (Trmc)의 과도 붕괴를 기록한다. 펄스 레이저의 촬영 간 전력 변화를 보상하기합니다 (S / N은 단발 측정 매우 높은 경우에도) 보통 적어도 100 추적. 측정이 자동화 된 경우,이 실험 스크립트를 실행함으로써 수행된다.
참고 :도 7에 도시 한 바와 같이 평균화는 특히 긴 작은 진폭 감쇠 꼬리 샘플 충분한 신호대 잡음비를 얻기 위해 요구 될 수있다.
주 : 양극과 음극 "돌출부"로 반전 과도하거나 과도 마이크로파 주파수는 상기 공동의 공진 주파수에 있지 않은 것을 나타낼 수있다. 의 S를 조정과도 신호까지 ource 주파수는 최대화된다. - 공동의 섬유를 분리하고 광학 포트 캡. 공진기 여전히 샘플과 이전 단계에서와 같이 평균의 동일한 번호가 판독 배경을 취하지 만, 더 이상 조명된다.
- 신호 추적의 배경 추적을 뺍니다.
- 전하 캐리어 당 이동에 원시 데이터를 처리
- 를 통해 반사 전력의 변화를 계산
참고 : 어디
이다 (조명 전) 원시 과도의 기준 값과 
원시 임시 데이터입니다.
주 : 검출 수단이없는 전력 (예를 들면 오실로스코프 다이오드 +) 전압 경우, 스케일링 인자가 포함되어야한다. 스케일링 인자는 일반적으로 D 인용IODE 제조; 그렇지 않으면 입력 마이크로파 전력 대 출력 전압의 보정을 수행함으로써 획득 될 수있다.
- (즉, 과도 크기를 조정하는) 전하 캐리어 당 이동성 반사 전력의 변화를 통해 변환 :
참고 : 어디
레이저 펄스의 종료에 대응하고, 
전자의 전하이고, 
짧은 및 긴 공동의 크기와의 비율은 
2 cm 인 당 흡수 된 광자의 수 및 
(Ω)는 반사 전자 쪽 관련전도성 ΔG의 변화에 심고. 이 스케일링은 다른 레이저 파워와 파장에서 촬영 부 (Trmc) 과도의 의미있는 비교를 할 수 있습니다.
노트:
전자와 정공의 총 이동 사실이다. 그러나 부 (Trmc)를 사용하여 이러한 기여를 구별 할 수없고, 따라서 우리는 편의상 함께 덩어리. - 적절한 모델로 부 (Trmc) 추적을 맞 춥니 다.
참고 : 데이터가 단일 또는 이중 지수 양식을 다음 경우는 간단하다. 그러나, 데이터가 ODE 용액 피팅 관련된 운동 모델로 데이터를 장착 할 필요가 될 수있는 단순한 형태를 가지고있다 (도 7 참조). 끼움 식 / 모델 인스트루먼트 응답 함수와 콘볼 루션한다 (예를 들면 가우스 폭은 상기 데이터의 시간 해상도를 제한하는 기기의 응답 시간에 대응 t = t 레이저 중심). </ 리>
- 를 통해 반사 전력의 변화를 계산
이다 (조명 전) 원시 과도의 기준 값과 
원시 임시 데이터입니다. 
레이저 펄스의 종료에 대응하고, 
짧은 및 긴 공동의 크기와의 비율은 
2 cm 인 당 흡수 된 광자의 수 및 
(Ω)는 반사 전자 쪽 관련전도성 ΔG의 변화에 심고. 이 스케일링은 다른 레이저 파워와 파장에서 촬영 부 (Trmc) 과도의 의미있는 비교를 할 수 있습니다. 
전자와 정공의 총 이동 사실이다. 그러나 부 (Trmc)를 사용하여 이러한 기여를 구별 할 수없고, 따라서 우리는 편의상 함께 덩어리. 7. 전도도의 실수 및 허수 성분 조사
- 측정 부 (Trmc)는 마이크로파 프로브 주파수의 함수로서 추적
주 : (복소) 도전 역학은 진정한 (전도성)으로 해체 할 수 있고, 복수의 부 (Trmc)를 취하여 허수 (편광) 성분은로드 공동의 공진 곡선을 스패닝 마이크로파 주파수 추적.- 공진 주파수를 결정
S21 공동 공진 곡선에서 어둠 속에서 샘플 공동의 (도 6 참조). - X> 20 주파수 포인트를 선택
이 공진 곡선을 따라. 이러한 점은 로렌츠 함수 맞게 사용되므로, 암의 공진 주파수 (f)의 C에 가까운 점 이상이있는 경우는 가장이다 (참조 : 그림 9). - 관심의 편파 동역학에 따라 여기 파장을 설정 (자유 캐리어 편광 트랩 전하 분극을위한 서브 밴드 갭에 대한 밴드 갭 위의 예).
- 최대 레이저 출력 (이 가장 높은 S / N을 제공한다)을 설정.
- 광섬유에서 레이저 파워를 측정한다. 어둠 속에서 공동의 공진 주파수로 프로브 마이크로파 주파수를 설정
. - 항목의 측정을 위해 고정 된 레이저 강도 상술 6. 바와 같이 추적 부 (Trmc)를 구하는
.
- 공진 주파수를 결정
- 주파수 데이터 후 처리 : 실수 부에 해체
- 플롯 부 (Trmc) 과도 전력
함수 시간과 프로브 마이크로파 주파수로서ES / ftp_upload / 55232 / 55232eq116.jpg "/>도 8에 도시 된 바와 같이. - 음모
과 
도 8에 도시 된 바와 같이 t = 0 및 t의 부 (Trmc) 파워 = 각 마이크로파 주파수 레이저 펄스의 끝. - 시간의 각 슬라이스
, 공진 곡선을 만들 
. - 공진 주파수를 얻기 위해 함께 로렌츠 곡선이 맞는
및 공진 전원 
. - 음모 대 히스테리시스 형상 극성을 구하는화의 진화 플롯 (그림 8의 확대 그림 참조).
- 정규화 과도 주파수를 통해 과도 전력 변화를 계산한다 :
- 공진 주파수의 변화를 플롯
공진 전력 변화 
상기 캐비티 중심 주파수에서 과도 전력 변화 
도 10에 도시 된 바와 같이.
- 플롯 부 (Trmc) 과도 전력
S21 공동 공진 곡선에서 어둠 속에서 샘플 공동의 (도 6 참조). 
이 공진 곡선을 따라. 이러한 점은 로렌츠 함수 맞게 사용되므로, 암의 공진 주파수 (f)의 C에 가까운 점 이상이있는 경우는 가장이다 (참조 : 그림 9). 
. 
. 
함수 시간과 프로브 마이크로파 주파수로서ES / ftp_upload / 55232 / 55232eq116.jpg "/>도 8에 도시 된 바와 같이. 
과 
도 8에 도시 된 바와 같이 t = 0 및 t의 부 (Trmc) 파워 = 각 마이크로파 주파수 레이저 펄스의 끝. 
, 공진 곡선을 만들 
. 
및 공진 전원 
. 
공진 전력 변화 
상기 캐비티 중심 주파수에서 과도 전력 변화 
도 10에 도시 된 바와 같이. 8. 강도 종속 데이터 스위트
- 조정 섹션 2.2.5에서의 결정에 따라 관심의 파장의 레이저,.
- 최대 레이저 파워를 설정한다.
- 광섬유에서 레이저 파워를 측정한다.
- 캐비티에 섬유를 연결합니다.
- 6 절에 설명 된대로 하나의 부 (Trmc) 과도를 가져옵니다.
- 어디서나 레이저와 광섬유 사이의 ND 필터를 삽입 (두 개의 홍채 사이하거나 섬유 커플러 앞에. 섬유 출력 레이저를 들면, ND 필터는 광 출력과 공동 광 포트 사이에 위치 함).
- 계산 및 6.1.5에 설명 된대로 흡수 된 광자의 수정 번호를 기록한다.
- 6 절에 설명 된대로 하나의 부 (Trmc) 과도를 가져옵니다.
주 : 감쇠가 증가함에 따라 그 평균의 개수를 증가시킬 필요해질 것이다. - 필요에 따라 ND 필터의 많은 조합 8.6-8.8를 반복합니다.
참고 : 강도 종속성은 종종 몇 배 이상 관찰된다. 높은 전력 제한은 특정 파장에서 최대 출력 레이저 전력으로 설정된다. 낮은 전력 제한은, 검출 감도 설정에 의해 설정된다.
9. 파장 종속 데이터 스위트
참고 : ORD에서다른 파장에서 부 (Trmc) 과도 비교하기 어은, 레이저 후 유발 된 캐리어 농도는 일정하게 같은 것을 각각의 파장에서 교정해야합니다.
- 최대 달성 유도 전하 캐리어 밀도 N 캐리어를 제한하는 파장을 결정합니다. 이것은 그 파장 또는 샘플의 흡수 특성에 의해 제공되는 레이저 파워에 의해 제한 될 수있다. 제 1, 상기 인터 서브 - 밴드 갭 체제에 걸친 파장의 과도 부 (Trmc)를 측정하는 경우 예를 들어, 서브 밴드 갭의 파장에서 낮은 흡수율이 최대 캐리어 밀도를 제한한다.
- 사용하여 각 파장에서이 정수 레퍼런스 캐리어 농도 N 캐리어를 생성하는 데 필요한 레이저 전력을 계산 :
- 조정 원하는 파장 레이저. 9.2에서 계산 된 값의 레이저 파워를 설정한다. 캐비티에 섬유를 연결합니다. 에 설명 된대로 하나의 부 (Trmc) 과도를 가져옵니다섹션 6.이자의 각 파장에 대한 단계를 반복합니다 9.3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
여기에 제시된 대표적인 결과는 250 나노 미터 CH 3 NH 3 PBI 3 박막 시료에서 얻었다.
전도도의 역학 
전하 캐리어의 역학과 관련 될 수있다 
통하다
즉, 전하 캐리어 이동도를 가정 
적어도 부패의 시간 척도에 시간이 일정하다. conductanc에서 또한, 초기에 형성된 전하 캐리어의 재결합이 없다고 가정하면, 레이저 펄스 동안 발생하는 최대 (끝 펄스) 변경E는 다음과 같이 쓸 수있다 :
어디에 
전자의 전하이고, 
최대 광유 전하 캐리어 밀도이며, 
샘플의 광자 세기 입사 (광자 / cm 2), 
내부 양자 효율이며 
흡수 스펙트럼으로부터 계산 될 수있는 특정 파장에서 흡수 된 입사광의 분획 (Figur 표시되는E 1). 부 (Trmc) 피크 
따라서 시료의 고유의 (마이크로 웨이브)의 전하 캐리어 이동도에 상당한다.
그것은 인용 전도성 필름 (14)에 걸쳐 평균 전도도는 것을 주목하는 것이 중요하다, 
. 설명은 위의 그 전력 소모가 균일 한 샘플에 걸쳐 일반적 있도록 충분히 낮은 광학 밀도와 샘플에 대한 유효 샘플, 전체에 균일 한 광유 캐리어 밀도를 가정합니다. 합니다 (비어 - 람 베르트 법칙을 통해 근사화 될 수 있음) 유도 전하 캐리어 불균일성가 광유 도전 구배 분석을 복잡하지만, 그것은 정확한 양자화 영향을 미치지 않는다 않는다 
, 전도의 전체 변화는 공업이기 때문에캐리어 농도 구배 ependent. 그러나, 비 - 균일 한 캐리어 농도는 샘플의 고차 비선형 처리에 영향을 미칠 수있다.
직접 한 수준의 트랩 매개 재조합와 일반 모델은 7 아래에 표시됩니다.
어디에 
전자 정공 트랩 집단은, 
생성 속도는, 
이분자 재결합 속도, 랩핑 속도 및 트랩 R은각각 ecombination 속도. 이러한 가우시안 장비 응답 기능 복잡한 전술 한 바와 같이 운동 모델 부 (Trmc)의 데이터를 피팅함으로써, 캐리어 수명 및 트랩 밀도를 결정할뿐만 아니라, 직접 트랩 매개 재결합 프로세스를 특성화하기 위해 단지 수있다. 도 7은 표 1의 파라미터를 이용하여 대표적인 착용감을 나타낸다.
특별한주의가 적합 파라미터의 고유성을 결정하는데주의해야한다. 무료 실험은 시간 척도 중 하나 (해결 PL 측정을 직접 재결합 율을 얻을 수있다 예를 들어 시간을 확인하기 위해 수행 될 수 있다면 유용하다.
감쇠 꼬리 데이터에 존재하는 경우에는 정확하게이 꼬리 감쇠를 표현하기에 충분한 시간 동안 데이터를 획득하는 것이 중요하다 : 피팅 동일한 데이터 디 초래할 수있는 짧은 시간 척도로 자른fferent 시간 척도. 낮은 강도의 감쇠 꼬리 꼬리 기기의 노이즈 플로어에 사라지면 정확하게 맞지 특히 어려울 수있다.
우리의 설정에, 시간적 분해능은 60 NS의 응답 시간을 갖는 벡터 네트워크 분석기의 응답 시간에 의해 제한된다. 여기에 제시된 측정을위한 Q 팩터는 약의 대응 공동 응답 시간, 약 150이다. 7 NS. 빠른 응답 시간 (예 : 마이크로파 다이오드 오실로스코프)와 다른 전자 검출 설정하는 경우 상기 공동 수명은 시간적 해상도를 제한 할 수있다.
감쇠 부 (Trmc)의 마이크로파 주파수 의존성은 진정한 (전도성)으로 복잡한 전도성 및 허수 (분극) 구성 요소를 해체하기 위해 사용될 수있다. 도 8은 스패닝 프로브 마이크로파 주파수의 함수로서 수행 원료 부 (Trmc)의 트레이스를 도시어두운 공동의 공진 주파수 (23)에 걸쳐 곡선. 왼쪽에서 세 대표 흔적 (원시 데이터)이다. 공명을 촬영 데이터 양 또는 음의 돌출부와, 왜곡 된 부패 프로필을 표시 할 수 있습니다, 또는 반전 될합니다. 적절한 시간과 주파수 P의 함수로서 마이크로파 전력의 3 차원 표현 인 (t, F). t = 0에서, 기준선 부 (Trmc)는로드 공동의 공진 곡선을 재구성. 전원 및 반사 된 마이크로파의 주파수 모두에서 최대 변화는 7 μs의 (끝 펄스) t의 ≈에서 발생한다.
과량 광유 전하 캐리어의 결과로서 공동의 공진 곡선의 동적 변화는도 9에 도시된다. 이러한 변화 또는 물질의 유전 특성에 따라 크게하지 않을 수있다 (즉, 복잡한 전도성 허수 성분이 있거나없는 경우). 빨간 추적이 촬영 부 (Trmc) 트레이스의 기준선에서 재구성여러 전자 프로브 주파수. 이 추적은 어두운 공동 공명에 해당한다. 파란색 추적은 여러 주파수에서 촬영 끝 펄스 부 (Trmc) 전원에서 재구성된다. 삽입 된이 붕괴하는 동안 공진 전력 대 공진 주파수의 여행을 보여줍니다.
편광 역학 직접 트랩 매개 재조합 경로를 구별하기 위해 사용될 수있다. 도 10은 도전성의 실수 및 허수 성분의 기여로 추적 부 (Trmc)의 해체를 나타낸다. 적색 트레이스 데이터 부 (Trmc)는 고정 주파수에서 취해진 다 
어두운 로딩 캐비티의 공진 주파수. 이것은 복잡한 도전 부 (Trmc)의 전형적인 측정이다. 전도도 (피팅에서 얻은 공진 전력)의 실수 부의 부패 녹색 추적에 그려집니다. 편광 (공진 frequenc의 붕괴y)는 청색으로 도시되어있다. 편광 붕괴 전도도 붕괴보다 훨씬 작은 감쇠 테일을 나타낸다. 이 긴 시간에, 전하 캐리어는 그 때 지역화 갇혀 상태를 통해 부패와 일치 편광에있는 전도성 더 기여하고 있다는 것을 의미한다.
광 - 유도 된 전하 캐리어의 2 차 상호 작용은 전하 캐리어 역학 여진 강도 의존성을 통해 조사 될 수있다. (10) (14) 흡수 된 광자 / cm 2 - 그림 11의 10 (12), 2 차의 크기에 걸친 다양한 자극 강도에서 530 nm의 여기에서 찍은 부 (Trmc)의 흔적을 보여줍니다. 롱 테일 감쇠가 트랩 매개 재조합에 기인하는 동안 직접 재조합 방법에 기인한다 (100 ns의 순서에서 발생)이 빠르게 감쇠 다음 부 (Trmc)의 트레이스는 두 개의 별개의 감쇠기구의 존재를 나타내는, 두 개의 별개의 시간 척도를 나타낸다.상기 신호는 통상적으로 레이저 출력을 증가 이동성 증가하지만 
CH 3 NH 3 PBI 3 페 로브 스카이 트의도 11b에 도시 된 바와 같이, 증가 된 여기 강도가 감소한다. 세기 (및 캐리어 밀도) 의존성 고차 붕괴 과정의 존재를 나타내는 서브 - 선형 적이다.
입사 광자 에너지 (파장)의 전하 캐리어 경로 감쇠의 의존성은도 12에 도시된다. 흡수 스펙트럼 (도 1)에서 결정된 바와 같이, 상기 인터 서브 - 밴드 갭 체제를 나타내는 선택되었다 내지 530, 750 및 780 파장. 이러한 파장에서 계정에 다른 흡수 계수를 고려하여 부 (Trmc) 트레이스는 5 × 10 12 광자 / cm 2의 흡수 광자 밀도 결과 레이저 파워에서 찍은각 추적합니다. 이 감쇠 시간 척도는 여기 파장 무관 한 반면 (긴 잔광의 꼬리를 담당하는 감쇠 경로에 공헌) 액세스 트랩 상태의 수는 다음 밴드 갭 부근에게 상기 밴드 갭 상태의 큰 것을 알 수있다.
그림 1 : CH 3 NH 3 PBI 3의 흡수 스펙트럼. 흡수 스펙트럼은 스펙트럼의 관심 영역뿐만 아니라, 흡수 된 레이저 출력의 교정을 결정하기 위해 모두 사용된다. 이 샘플의 밴드 갭은 꼬리 상태는 780 nm의 연장, 약 750 ㎚이다. 관심의 파장이 포함될 수 있습니다 밴드 갭 정권 (λ <700 nm의), 밴드 갭 (λ = 750 nm의) 꼬리 상태 영역 (nm의 <λ <780 nm의 750) 이상. 부디이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2 : 일반 부 (Trmc) 실험 개략도. 전자 검출 회로를 프로빙하면서 마이크로파 캐비티에 배치 된 샘플은, 광 여기 광 여기를 통해 설정된다. 레이저 측정 동기화를위한 트리거를 제공한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3 : 광 설치. 파장 가변 파장 레이저는 마이크로파 캐비티에 배치 된 샘플의 광학적 익사이트 전하 운반체로 사용된다. 포물선 거울은 광섬유로 커플에 여유 공간이 레이저를 사용. 감광 필터가 잘 보정 레이저 파워 시리즈를 얻기 위해 사용된다. 두 홍 광섬유 클래딩을 손상시킬 수 크로스 빔을 제거하기 위해 사용된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4 : 마이크로 웨이브 공동. 오른쪽 상단 : 공동의 사진입니다. 왼쪽 위 공동 HFSS 시뮬레이션 전계 약 샘플 위치에서의 균일 한 최대임을 보여준다. 아래 : 공동의 모델입니다. 전자 레인지 짧은에 작은 구멍이 공동으로 광 액세스 할 수 있습니다. 테플론 디퓨저 샘플에 빛을 입사하기 위해 사용된다 공간적으로 균일하다. 샘플은 최대 전계 위치 테프론 시료 홀더에 배치된다. 조리개는 공동의 전방 단부를 정의하는 데 사용된다. 튜닝스크류 공동의 Q 인자를 최적화하는 데 사용된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5 : 마이크로 웨이브 감지 개략도. 벡터 네트워크 분석기는 두 마이크로파 소스로하고, IQ 검출기로 사용된다. 여기 아암과, 검출 아암 : 출력 마이크로파 전력은 두 경로로 분할된다. 마이크로파 여기는 샘플과 상호 작용하는 캐비티에 서큘 레이터를 통과한다. 반사 마이크로파 전력 검출기로 들어가기 전에 증폭기에 서큘 레이터를 통과한다. 항복 (신호는 둘로 분할하고, 반은 90 °만큼 시프트 일본어 마이크로파 신호의 위상과 혼합 일본어 마이크로파 신호 (동 위상 신호 I를 산출) 및 나머지 절반을 혼합Q 신호의 직교 성분). 최종적으로, 신호의 진폭을 통해 계산된다 
.
벡터 네트워크 분석기는 상기 캐비티에 부하를 변경하지 않고 두 시간 영역과 주파수 영역 (정상 상태 S21 공동 반사 곡선을 구하는)을 (부 (Trmc)는 고정 주파수 추적 얻기 위해) 이용 될 수있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6 :로드 공동의 공명 곡선. 선형 눈금 공진 곡선은 캐비티 감도 계수를 계산하기 위해 사용된다. 로렌츠 피팅 (청색)의 공진 주파수를 추출하기 위해 사용되며, FWHM 대역폭과 최소 전력 R 반영
그림 7 : ODE에 적합. 직접 트랩 매개 재결합 과정을 설명하는 가우스 장비 응답 기능 선상 역학적 모델에 맞게 정규화 부 (Trmc) 추적. 데이터는 낮은 진폭 꼬리 부패의 존재를 강조 로그 - 로그 플롯에 표시됩니다. 레이저 펄스는 t의 ≈ 7 × 10-6 (S)에서 발생한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 맞춤 매개 변수 | K 2 (cm | K T (cm 3의 1) | K R (cm 3의 1) | N T (cm 3) |
| 값 | 6.50 × 10 -10 | 7.90 × 10 -8 | 1.10 × 10-9 | 1.60 × 10 (16) |
표 1 매개 변수 피팅. 부 (Trmc) 추적의 맞춤 매개 변수 산도 / cm 2를 흡수 6.4 × 10 (14) 530 nm의 여기에서 찍은 사진.
그림 8 : 마이크로 웨이브 주파수 시리즈. 원시 부 (Trmc) 트레이스 어두운 공동의 공진 곡선 (23)에 걸쳐 주파수에 걸친 프로브 마이크로파 주파수의 함수로한다. 왼쪽에서 세 대표 흔적 (원시 데이터)이다. 에 정확한 시간 및 주파수 P의 함수로서 마이크로파 전력의 3 차원 표현 인 (t, F). t = 0은베이스 라인 부 (Trmc)는로드 공동의 공진 곡선을 재구성. 7 μs의 (끝 펄스) t의 ≈에서 공진 곡선의 발음 변화가있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 9 : 광 유기 공동 공명 이동. 부 (Trmc)에서 재구성 공명 곡선 (파란색) 조명 후 전 (빨간색) 단지 추적합니다. 공진 곡선은 진폭 (실제 전도도의 변화) 및 주파수 (가상 전도도의 변화)를 모두 이동합니다. 삽입 된이 붕괴하는 동안 주파수 대 공진 전원의 진화를 추적합니다. JPG "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 10 : 가상 전도성 대 실제의 붕괴 역학. 적색 트레이스는 고정 주파수 f C에서 촬영 부 (Trmc) 데이터이고, 어두운 로딩 캐비티의 공진 주파수. 녹색 트레이스 피팅에서 얻어진 공진 주파수에서 전력의 변경이다. 청색 트레이스는 시간의 함수로 공진 주파수의 변화이다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 11 : 강도 시리즈. 왼쪽 : 샘플 이동성 강도 의존성 레 / ftp_upload / 55232 / 55232eq74.jpg "/> (530) 및 (780) 사이의 다양한 여기 파장에서 찍은 나노 오른쪽 :... 부 (Trmc)의 과도 레이저 파워의 함수로서 수행 ND 필터는 공지 된 양만큼 레이저 파워를 감쇠하는 데 사용되는 강도는 흡수 된 광자 / cm 2의 숫자에 해당합니다. 레이저 펄스는 t의 ≈ 7 × 10 -6들에서 발생한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 12 : 파장 시리즈. 5 × 10 12 고정 광자 밀도에서 찍은 정규화 부 (Trmc)의 트레이스 (530), 750과 780 나노 미터의 여기 파장에서의 포톤 / cm 2 흡수. 레이저 펄스는 t의 ≈ 7 × 10-6 (S)에서 발생한다./ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55232/55232fig12large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
부 (Trmc) 기법 광유 전하 캐리어 역학에 대한 풍부한 정보를 제공 할 수 있지만,이 도전성의 간접 측정이므로, 결과를 해석 할 때주의 할 필요가 관심. 부 (Trmc) 기술은 전체 이동도를 측정하고, 전자와 정공 이동도를 구별하는 데 사용할 수 없다. 변화가 작은 (<5 %) 16 때만 도전성 반사 전력의 변화에 비례한다는 기본 가정은 보유하고있다. 붕괴시의 공진 주파수의 변화가 큰 경우, 또한, 그 합계 (착체) 도성 데이터를 분석 할 수있다 전에 실수 및 허수 성분으로 해체되어야 할 것이다. 부 (Trmc)의 기술은 전기 전도도에서뿐만 아니라, 유전체 손실로 인해 다이폴 재배 향에뿐만 아니라 기부를 가질 수있다 유전율의 허수 부분의 변화에 민감하다. 이 기술은 구별 할 수 없습니다이 두 메커니즘 사이에, 우리는 전기 전도도가 결정 성 물질에 대한 좋은 가정이다 가상의 유전 상수에 지배적 인 기여이라고 여기 가정,하지만 솔루션 샘플 유효하지 않을 수 있습니다.
절대보다는 상대적인 측정을 얻기 위해, 부 (Trmc) 기술이 추가 보정을 필요로한다. 특히, 광학적 보정 설정하면 흡수 된 광자를 결정 / 광자 정확한 이동도를 얻는 것이 중요하다. 원칙적으로, 액체 또는 분말 샘플에 대해 정량적 부 (Trmc)를 사용할 수있다; 그러나 이들 샘플 흡수의 정확한 특성화가 어려울 수있다.
캐비티 감도 계수의 보정은 어렵다 경우 유전율 
재료의 알 수 없습니다. 이 경우, 캐비티 감도 REFL를 모델링를 취득해야고주파 전자기 시뮬레이터를 1, 14을 사용하거나, 시험 시료와 캐비티에 유사한로드를 갖는 얇은 (<1 ㎛)의 캘리브레이션 샘플을 사용하여 상기 캐비티의 ection 파라미터. 캐비티 감도를 측정 할 수없는 경우 (강도 나 파장의 함수로서 예) 의미 상대적인 측정을 얻기 및 동적 정보를 추출 할 수있다.
AC 이동 측정은 비행 시간 (TOF) 또는 사진 CELIV 측정 정도 DC 측정에 의해 얻어진보다 높은 수십배 수있다. 예를 들면, 중합체 매트릭스의 DC 이동성 부 (Trmc) (17)를 사용하여 얻은 것보다 더 작은 크기의 이동 순서로 이어지는 사슬 간 전송에 의해 지배된다. DC 측정이 장치를 통해 효과적으로 이동도를 산출하기 때문에 AC 이동성이 재료 고유의 이동도가하면서은 영향을받지때문에 큰 구동 전압을 재 접촉 상호 작용 또는 전하 캐리어의 열적 드리프트 속도 섭동. DC 및 AC 이동도 측정은 광 또는 전기 발광 장치를 통해 전하 수송을 조사하기 위해 직렬로 사용될 수있다 : 부 (Trmc)의 측정은 극한 전하 캐리어 수송 메커니즘을 해명, DC 측정이 장치 재료의 지배적 반송기구를 식별하는 데 사용될 수있다.
부 (Trmc) 실험에 매우 유용한 확장은 직접 재조합을 통해 전하 캐리어의 부패를 감시 할 수있는 시간이 해결 광 발광 설정의 추가이다. 이러한 방법으로, PL 측정을 모호 부 (Trmc)의 감쇠에 기여 다른 감쇠기구의 직접 재결합 경로를 구별 크게 피팅 절차를 가속화하는데 사용될 수있다.
부 (Trmc) 기술에 대한 여러 가지 확장 기능이 있습니다. 예를 들어,이 필드를 잘 부 (Trmc)을 유발하는 부 (Trmc)의 measu에서rements는 캐리어의 정상 상태 주입을 제공 전계 바이어스 하에서 장치에서 수행되는, 장치 (18)에서의 계면 트랩 사이트를 조사하는데 사용될 수있다.
부 (Trmc) 기술의 한계 중 일부는 여러 개의 샘플을 비교하여 극복 될 수있다.
단일 측정 부 (Trmc)의 전자 및 정공 이동도 구별 할 수 있지만 예를 들어, 전자에 배치 된 샘플 깔끔한 샘플을 비교하거나 층 (3)을 수용 구멍있다. 또한, 부 (Trmc)는 패시베이션 샘플 트랩 매개 감쇠 공정 6면 트랩의 기여를 결정하는 대 그러나 패시베이션과 비교하는 것이 가능하고, 표면 또는 벌크 트랩을 구별하는데 사용될 수 없다. 대안 적으로, 증가하는 두께를 갖는 박막의 일련 트랩 밀도 표면 / 부피 비율 의존성이 있는지를 결정하는데 사용될 수있다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Hellmanex III detergent | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/z805939?lang=en®ion=AU |
Z805939 | Corrosive and toxic. See SDS. |
| Lead(II) iodide (99%) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/211168?lang=en®ion=AU |
211168 | Toxic. See SDS. |
| Anhydrous dimethylformamide (99.8%) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/227056?lang=en®ion=AU |
227056 | Toxic. See SDS. |
| Anhydrous dimethylsulfoxide (99.9%) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/276855?lang=en®ion=AU |
276855 | Toxic. See SDS. |
| Anhydrous 2-Propanol (99.5%) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/278475?lang=en®ion=AU&gclid= COnlgPaw780CFQZvvAod17EA4Q |
278475 | |
| Methylammonium iodide | Dyesol www.dyesol.com/products/dsc-materials/perovskite-precursors/methylammonium-iodide.html |
MS101000 | Also sold by Sigma Aldrich |
| Poly(methyl methacrylate) | Sigma Aldrich | 445746 | |
| Anhydrous chlorobenzene (99.8%) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/445746?lang=en®ion=AU |
284513 | Toxic. See SDS. |
| Equipment | Company | Model | Comments/Description |
| UV-VIS-NIR spectrophotometer | Perkin-Elmer | Lambda 900 | |
| Profilometer | Veeco | Dektak 150 | |
| Vector Network Analyzer | Keysight www.keysight.com/en/pdx-x201927-pn-N9918A/fieldfox-handheld-microwave-analyzer-265-ghz?cc=US&lc=eng |
Fieldfox N9918A | |
| Tunable wavelength laser | Opotek www.opotek.com/product/opolette-355 |
Opolette 355 | |
| Neutral density filters | Thorlabs www.thorlabs.hk/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=3193 |
NUK01 | |
| Power meter | Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=PM100D |
PM100D | |
| Power sensor | Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=S401C |
S401C | |
| Cavity | Custom built | The cavity used in for this experiment was designed and built in-house. |
References
- 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).
