摘要
时间分辨微波光电导（Time Resolved Microwave Photoconductivity, TRMC）是基于微波与半导体材料光生载流子相互作用的一种测量技术，其主要分为光生载流子的产生与微波探测两个部分。通过监测光照前后经过半导体材料的反射微波随时间的变化来间接反映载流子寿命等信息。由于该技术具备操作简单、对样品无接触，无破坏、信号获取速度快、测量时间分辨高等优点，已成为光伏和半导体材料载流子寿命的重要检测手段，极大地促进了半导体和光伏材料工艺发展。 主要研究内容分为两部分： 一、利用麦克斯韦方程组详细推导矩形波导的传输特性，包括色散关系、截止条件、传输模式、截面尺寸选择以及传输TE10主模时的各种特性参数等。从材料的介电常数，电导率和材料所处的微波场三个方面阐述了微波与光生载流子之间的相互作用关系，论证了用微波测量载流子寿命的可行性以及影响因素。本研究借助高频结构仿真软件（High Frequency Structure Simulator, HFSS）对波导器件中的电磁场进行模拟仿真，并利用该软件进行数据分析。针对搭建的开放式时间分辨微波光电导测量设备稳定性差、精度低等问题，分析了激发光能量、开路与短路条件、样品与短路端距离、激发光波长等参量对测量的影响。结果表明：当被测样品厚度与其载流子扩散长度相当时，短路条件下测量可以避免光电导信号的波动。优化样品与短路端距离可以增强系统的测量灵敏度，利用该测量设备以 CH3NH3PbI3/PTAA(PTAA--聚[双（4-苯基）（2,4,6-三甲基苯基）胺])为标准样品，测得532 nm、355 nm激光脉冲作用后界面空穴转移效率分别为84.1%和59.1%。该实验结果有助于微波光电导测量技术在载流子复合、界面电荷转移诊断等方面的应用。 针对测量设备灵敏度低而无法测到光电导信号微弱的半导体材料载流子寿命信息（如硒化锑薄膜）的问题，本文在巧妙利用波导功率分配器/合成器的基础上创新性的提出了消直流背景式的微波光电导测量方法，可以轻松获得理想的硒化锑薄膜载流子复合动力学信息，为研究硒化锑薄膜束缚载流子奠定基础。 二、借助TRMC测量技术以硒化锑（化学式为Sb2Se3）薄膜中的束缚载流子复合过程为研究对象，为其载流子过程诊断提供独特解决方案。工作主要分为三部分：（1）利用载气输运沉积法、近空间升华法在石英衬底上制备两种Sb2Se3薄膜，并利用TRMC设备测得两种 Sb2Se3薄膜样品的 TRMC 动力学曲线，并对动力学曲线进行解释。其中TRMC缓慢衰减的部分归属为束缚载流子复合过程，并采用多束缚能级热发射模型进行分析。（2）重点分析激发光子能量、激发脉冲波长、热力学温度对束缚载流子复合过程的影响，发现80-100 K、150 K-190 K范围内参与热发射复合的束缚载流子数量、束缚载流子复合寿命均出现“负温度淬灭”效应。（3）结合Sb2Se3薄膜的变温发光光谱，本文给出了Sb2Se3束缚载流子复合的能带模型，对变温TRMC数据进行了合理性解释。
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