Double perovskite radiation sensors: crystal growth and characterisation of single crystals of Cs2AgBiBr6 and layered (BA)2CsAgBiBr7

Medientyp: E-Book

Titel: Double perovskite radiation sensors: crystal growth and characterisation of single crystals of Cs2AgBiBr6 and layered (BA)2CsAgBiBr7

Beteiligte: Murgulov, Valeria [Verfasser]; Fiederle, Michael [Akademischer Betreuer]; Hillebrecht, Harald [Sonstige]; Prescher, Clemens [Sonstige]

Körperschaft: Freiburger Material-Forschungszentrum ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen

Erschienen: Freiburg: Universität, 2022

Umfang: Online-Ressource

Sprache: Englisch

DOI: 10.6094/UNIFR/227562

Identifikator:

Schlagwörter: Crystals ; Radiation ; Crystal growth ; Detectors ; crystallography ; semiconductors ; crystal growth ; double perovskite ; (local)doctoralThesis

Entstehung:

Hochschulschrift: Dissertation, Universität Freiburg, 2021

Anmerkungen:

Beschreibung: Abstract: Bei niedriger Temperatur in Lösung gezüchtete Einkristalle des doppelten Perowskit-Halbleitermaterials Cs_2 AgBiBr_6 und seines 2D organisch-anorganischen Derivats (BA)_2 CsAgBiBr_7 weisen ein bemerkenswertes Potenzial für Anwendungen in der Strahlungsdetektion und Bildgebung auf. Die Reinheit und Kristallinität der Cs_2 AgBiBr_6-Einkristalle (kubischen Fm3 ̅m) wurden durch die Pulver-XRD bestätigt, während die Einkristall-XRD die dominierenden {111}-Gitterebenen parallel zur Probenoberfläche zeigen. Die I-V-Messungen ergaben einen breiteren Bereich von niedrigeren Widerstandswerten (106 -109 Ωcm), während die van der Pauw-Methode Werte von 1.55 x 109-6.65 x 1010 Ωcm ergab, die für die Ag-Cs_2 AgBiBr_6-Kontakte typischerweise höher sind als für die Karbonfarbe-Cs_2 AgBiBr_6-Kontakte. Die Werte der Ladungsträgermobilität für die n-Typ-Ag-Cs_2 AgBiBr_6-Kontakte (0.34-13.48 cm2V-1s-1), die aus den Hall-Effekt-Messungen berechnet und mit der Methode des Raumladungsgrenzstroms (SCLC) geschätzt wurden (Ag-Cs_2 AgBiBr_6 0.58-4.54 cm2V-1s-1 und Karbonfarbe-Cs_2 AgBiBr_6 11.90-4.82 cm2V-1s-1) einschließlich der Dichte der Fallenzustände (109-1010 cm–3) sind mit den Literaturwerten vergleichbar. Einkristalle des 2D, geschichteten (BA)_2 CsAgBiBr_7 Doppelperowskits (monoklinen 〖P2〗_1/m) haben die dominierenden {001}-Gitterebenen parallel zur Probenoberfläche. Die Zusammensetzung-Struktur-Eigenschafts-Beziehung und damit die Wirkung der organischen Sperrschicht entlang der <001>-Richtung spiegelt sich in den höheren Widerstandswerten von 4.19 x 1011-2.67 x 1012 Ωcm wider, die aus den I-V-Messungen ermittelt wurden, die entlang der <001>-Richtung durchgeführt wurden, verglichen mit den niedrigeren van der Pauw-Widerstandswerten von 1.65-9.16 x 1010 Ωcm. Die mit der SCLC-Methode berechneten Werte für die Dichte der Fallenzustände und die Ladungsträgermobilität betragen 1.12-1.86 x 1011 cm–3 bzw. 10-5-10-4 cm2V–1s–1. Diese Proben sind von etwas geringerer Qualität als die in der Literatur beschriebenen. Die elektrischen Schlüsselparameter und Röntgenphotoreaktionsmessungen zeigen, dass die Einkristalle Cs_2 AgBiBr_6 und (BA)_2 CsAgBiBr_7 die Anforderungen für Strahlungssensoren erfüllen. Diese Studie hat zu umfassenderen Informationen über mikrostrukturelle Merkmale und Daten über wichtige elektrische Leistungsparameter geführt. Damit trägt sie zu einem besseren Verständnis des Kristallwachstums und des Ladungsträgertransports in Einkristallen von Doppelperowskit-Strahlungssensoren und deren Anwendung in Röntgengeräten für die medizinische Diagnostik und Sicherheitsüberprüfung bei

Abstract: Low-temperature solution grown single crystals of double perovskite Cs_2 AgBiBr_6 semiconductor sensor material and its two-dimensional organic-inorganic derivative (BA)_2 CsAgBiBr_7 manifest the great potential for application in radiation detection and imaging. The purity and crystallinity of Cs2AgBiBr6 single crystals with cubic symmetry (Fm3 ̅m) have been corroborated by the powder XRD measurement, while the single crystal XRD measurements reveal the dominant {111} lattice planes parallel to the sample surface. A wider range of lower resistivity values (106 -109 Ωcm) were obtained from the I-V measurements, whereas the van der Pauw method yielded 1.55 x 109-6.65 x 1010 Ωcm values, which are typically higher for the Ag-Cs_2 AgBiBr_6 than for the carbon paint-Cs_2 AgBiBr_6 contacts. Charge-carrier mobility values for the n-type Ag-Cs2AgBiBr6 contacts (0.34-13.48 cm2V-1s-1) that were calculated from the Hall-effect measurements and estimated from the space-charge-limit current (SCLC) method (Ag-Cs2AgBiBr6 0.58-4.54 cm2V-1s-1 and carbon-Cs2AgBiBr6 1.90-4.82 cm2V-1s-1) including the density of trap states (109-1010 cm–3) are comparable to the literature values. Single crystals of the 2D, layered (BA)_2 CsAgBiBr_7 double perovskite with monoclinic symmetry (〖P2〗_1/m) have the dominant {001} lattice planes parallel to the sample surface. The composition-structure-property relationship and, thus, the effect of the organic barrier layer along the <001> direction is reflected in the higher resistivity values of 4.19 x 1011-2.67 x 1012 Ωcm determined from the I-V measurements, which were conducted along the <001>, compared to the lower van der Pauw resistivity values of 1.65-9.16 x 1010 Ωcm calculated from measurements perpendicular to the <001>. The density of trap states and charge-carrier mobility calculated using the SCLC method are 1.12-1.86 x 1011 cm–3 and 10-5-10-4 cm2V–1s–1, respectively. These samples are of slightly lower quality compared to those in the literature. The key electrical parameters and X-ray photoresponse measurements indicate that the Cs_2 AgBiBr_6 and (BA)_2 CsAgBiBr_7 single crystals satisfy requirements for radiation sensors. This study has generated a more comprehensive information on microstructural features and data on the key electrical performance parameters. It contributes to better understanding of the crystal growth and charge-carrier transport in single crystals of double perovskite radiation sensors and their application in X-ray devices utilised in medical diagnostics and security screening

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