Carrier recombination in SrTiO3 single crystals: impacts of crystal faces and Nb doping
Carrier recombination in SrTiO3 single crystals: impacts of crystal faces and Nb doping
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SrTiO3 单晶中的载流子复合：晶面和 Nb 掺杂的影响
DOI：
10.1088/1361-6463/ac073e
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Yoshihito Ichikawa
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Masashi Kato;Takaya Ozawa;Yoshihito Ichikawa
采用时间分辨光致发光和微波光导衰减的方法，观察了具有不同晶面和不同Nd掺杂浓度的srtio3单晶中的载流子复合。衰变曲线的形状与激发载流子浓度无关，因此载流子通过Shockley-Read-Hall和表面复合过程重组。通过对不同晶面的测量，我们发现，尽管（100）、（110）和（111）晶面的表面复合很明显，但它们的表面复合速度相似，为~ 10.6 cm s−1。因此，作为光催化剂，材料的形状对能量转换效率的影响较小。基于Nb掺杂浓度的依赖性，高掺杂浓度显著增强载流子复合，而适度的Nb掺杂只导致载流子衰变时间常数的轻微降低。此外，时间常数随温度的升高而增大，因此适度的Nb掺杂将对SrTiO 3光催化剂在高温下的能量转换效率产生积极的影响。
We observed the carrier recombination in SrTiO 3 single crystals with several crystal faces and Nd doping concentrations using time-resolved photoluminescence and microwave photoconductivity decay methods. The shapes of the decay curves were independent of the excited carrier concentrations, and thus the carriers recombined through the Shockley–Read–Hall and surface recombination processes. From the measurements for different crystal faces, we found that, although the surface recombination is significant for the (100),(110), and (111) faces, they have similar surface recombination velocities of∼ 10 6 cm s− 1. Therefore, as photocatalysts, the shape of the materials has a minor effect on the energy conversion efficiency. Based on the dependence of the Nb doping concentration, a high doping concentration significantly enhances the carrier recombination, whereas a moderate Nb doping induces only a slight reduction in the time constants of the carrier decay. In addition, the time constant increases with temperature, and thus moderate Nb doping will have a positive effect on the energy conversion efficiency of SrTiO 3 photocatalysts at high temperatures.
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