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摘要
宽禁带γ-CuI是一种具有优异光电和热电性能的p型透明半导体材料,近年来受到广泛关注。但作为一种新兴材料,其发光性能受材料缺陷影响的物理机理尚不清楚。本工作通过气相反应法制备了Cl掺杂的CuI薄膜,采用电镜表征方法研究Cl掺杂对多晶CuI薄膜表面形貌和阴极荧光发光特性的影响,并结合第一性原理计算探究了Cl在CuI薄膜中的主要存在形式,以揭示Cl掺杂CuI薄膜结构与发光性能的联系。研究结果表明,原本晶粒饱满但晶界显著的CuI薄膜掺杂Cl后呈现出致密平整的表面,表明Cl掺杂剂改变了CuI的表面结构。相比未掺杂区域,Cl掺杂区410nm处的荧光信号明显得到双倍增强,而在720nm附近的缺陷峰则略有降低,说明Cl掺杂极大改善了CuI薄膜的发光性能。通过第一性原理计算对该现象进行理论分析,发现引入Cl元素有效抑制了CuI中碘空位等深能级缺陷的产生,降低了激子发生非辐射跃迁的概率,从而改善CuI的发光性能,这与阴极荧光的结果一致。本研究获得的掺杂CuI薄膜带边发光峰的半峰宽仅为7nm,表现出极高的发光单色性。这些发现有助于对卤素掺杂获得的高性能CuI基材料的理解。
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