半导体纳米材料因其弥合了半导体材料在体相与分子尺度上的差距,在电子、光电子以及生物等领域获得了广泛关注,并开启了一个新兴的材料发展纪元。在过去的二三十年里,半导体纳米材料由于其独特的性质,在材料合成与器件制备等领域取得了长足发展。以CdSe、PbS等材料为代表的II-VI族及IV-VI族纳米材料在照明、能源等领域取得了一定的进展,其生长合成机制以及相关物理特性也获得了比较深入的研究。然而,由于这些材料普遍包含Cd、Pb等重金属元素,材料的毒性限制了其更进一步的发展。同这些纳米材料相比,以CuInS2、AgInS2、CuInSe2等材料为代表的I-III-VI族纳米材料由于其毒性较低,在以绿色环保材料为研究重心的今天具有更优异而广泛的应用前景。对于半导体材料及器件来说,无论是在照明领域还是在光伏领域,其电荷载流子的动力学过程对于材料特性以及器件性能都起到决定性的作用。然而,对于以CuInS2为代表的I-III-VI族纳米材料来说,其深层物理特性还有待深入研究,相关器件中载流子的动力学特性也需要进一步解析,以此对材料合成以及器件制备提供更详细的指导意见。本论文通过多种实验测试手段,对基于CuInS2的I-III-VI族半导体纳米晶材料的光电特性展开了详细研究。首先,制备CuInS2体相半导体纳米晶薄膜,研究I-III-VI族纳米晶薄膜的物理特性,同时测试不同条件下光生载流子的动力学特性。其次,制备Ag纳米粒子掺杂的混合纳米晶薄膜,研究Ag纳米粒子对I-III-VI族纳米晶半导体材料的光电特性及载流子动力学产生的影响。最后,通过制备简易光开关结构Mn掺杂CuIn2S4纳米晶薄膜器件,解析其光生载流子的弛豫过程,研究器件整体的电学特性。同时改变不同测试条件,研究薄膜中非平衡态载流子的动力学特性。本文内容如下:1.我们利用超快光谱技术与瞬态光电流技术,对CuInS2薄膜中的载流子动力学特性进行了详细解析。瞬态吸收光谱数据表明在CuInS2薄膜中,非平衡态的光生载流子在弛豫过程中伴随着能量变化。我们利用瞬态光电流技术,通过外置偏压对光生载流子进行提取。施加的电场提高了载流子的输运速度,同时提高了光子-载流子的转化率。此外在改变激发光强的测试条件下,我们发现激发光强存在一个临界值,当激发光强高于临界值时,光生载流子会发生明显的复合现象。当进一步增强光强时,复合现象引起的载流子损失进一步增强。同时我们注意到,通过改变瞬态光电流测试系统的电压来改变施加的电场强度时,载流子复合率不随电场强度发生变化。我们的实验结果对进一步了解CuInS2薄膜的光电特性提供了一定的参考价值,同时对此类CuInS2薄膜在光电领域的应用具有一定的指导意义。2.我们利用多种测试手段,对基于Ag纳米粒子掺杂的CuInS2-Ag混合薄膜中载流子的动力学特性展开了深入研究。通过电化学阻抗谱的测试,我们发现Ag纳米粒子会降低CuInS2薄膜的有效电阻。瞬态光电流测试结果表明Ag纳米粒子会显著增加混合薄膜中光生载流子的数量。瞬态吸收光谱测试结果表明Ag纳米粒子增大了混合薄膜中激子的能量。这促进了激子的解离,从而提高了光生载流子的产率,进而在混合薄膜中产生了更多的光生载流子。结果有助于分析CuInS2薄膜中的载流子的动力学的特性,并对相关光电器件的制备与应用提供了重要的参考价值。3.我们制备了低毒性的Mn掺杂CuIn2S4薄膜以及相关光开关薄膜器件,并针对其特性进行了多实验详尽测试。瞬态吸收测试表明在器件内载流子弛豫过程中包含多种动力学过程,制备的光开关器件具有良好的稳定性与响应率。器件中的载流子动力学特性随载流子浓度而变换,同时显示出了对电场强度不敏感的特性。这些光开关器件在快速光探测领域具有一定的应用潜力。