铁酸铥薄膜的制备及集成光电器件性能研究

发布时间：2025-02-09 12:41

　　集成光电探测器在光通信、传感器和能源转换等领域有着广泛的应用,随着后摩尔时代光电互联芯片朝着多功能、混合集成和高速信息处理等方向发展,人们对新型光电器件需求更加迫切,近来,可调控光伏集成器件引起了科学界广泛关注。六角稀土铁氧体兼具铁电体和铁磁体,其禁带宽度约为2.0 eV,可制备为平面型光电转换器件,被看作是重要的候选材料之一。由于稀土离子的排布并非一致,自发极化仅为饱和状态的1/3,其光电应用受到一定限制。此外,氧空位缺陷作为另一种调控方法,可诱导出热释电效应。因此,新型六角稀土铁氧体薄膜及其集成光电器件应用具有较高的研究价值。本文采用激光脉冲沉积在蓝宝石基底生长铁酸铥（TmFeO₃）薄膜,研究了TmFeO₃薄膜的微观结构和光电性质。通过XRD、AFM和Raman光谱仪表征,揭示出TmFeO₃薄膜以颗粒堆积的形式,随生长温度上升,沿c轴生长出P6₃cm空间群的六角结构晶粒。通过铁电分析仪、UV-Vis-NIR光度计和PPMS表征,发现铁酸铥因体内存在氧空位缺陷,限制了自发极化,禁带宽度约为2.0 e...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1铁电光伏效应的三种状态周期性测试[20]

电子科技大学硕士学位论文2几年来得到广泛的关注，并以高于20%的PCE[18,19]，被应用于太阳能电池、光电探测器和激光发射器等方向。不过，尽管这些特性赋予了光电器件优异的性能，并为工程系统提供了高效且灵敏的运行基础，但此类器件的光电转换过程仍缺乏可反馈性。而随着大数据的发展，....

图1-2分别对应和的离子基态和激发态示意图[29]

第一章绪论3然而，在常规的铁电材料中，短路光电流的输出通常受限于禁带宽度（）：BFO的[26]、（PZT）的[27]、BTO的[28]，虽然存在调节禁带的手段，但铁电光伏效应会受到抑制。为解决这个问题，由于拥有宽度约为2.0eV的直接禁带，六角稀土铁氧体（RFO）被看作一种可选方....

图1-3电场作用下的离子漂移记录视频快照[36]

电子科技大学硕士学位论文4不过，除了以铁电极化的方法，可调控光伏效应还可借助氧空位等化学缺陷，或者离子在电场下的电迁移运动实现，如图1-3所示。只是，化学缺陷不仅对局部晶体结构有着重要影响，还会造成净电荷量变化，这为光伏效应带来不确定因素。以BFO为例，虽然材料具备明显的铁电性质....

图1-4热释电效应对铁电光伏效应的影响[44]

电子科技大学硕士学位论文6图1-4热释电效应对铁电光伏效应的影响[44]1.4本论文的研究内容与结构安排本论文选择铁酸铥材料代表稀土铁氧体，主要研究薄膜在PLD中的制备与物性表征，以及铁酸铥基光电器件的研究与应用。其中，以横向结构的光电导器件为出发点，波长为405nm的激光作为光....

本文编号：4032248