外场调制的铁电异质结薄膜光伏效应

发布时间：2021-10-12 05:09

　　自从铁电材料具有超越其自身的有效光学带隙的开路电压的性质被发现以来,铁电光伏效应再一次被研究者重视。与此同时铁电材料具有可以被外场调节的自发极化场,并且它的自发极化场方向可以被人为的控制在两种或者多种状态之间任意切换。基于这些性质,铁电材料可以用在新型铁电存储器、新型光电探测器等一系列器件。与铁电陶瓷相比铁电薄膜具有更快的光电响应,以及更容易耦合半导体微纳器件,这给铁电材料带来更加广泛的应用场景。因此铁电薄膜的光伏效应已成为铁电材料研究的重要方向。不可回避的是铁电材料的光电转换效率非常低,这归咎于铁电材料光伏效应产生的极低的光电流。本文的主要工作基于两种有着相对较低的有效光学带隙的铁电材料,它们分别是Bi₅Ti₃FeO₁₅（BFTO）和BiFeO₃（BFO）。分别通过引入CuO缓冲层和外加脉冲电场的方法提高BFTO薄膜的光生电流。用外加应力场的方法调控BFO与氧化锌纳米线阵列（ZnO NWs）异质结的光电流。主要的研究内容如下:首先选用BFTO作为探究铁电薄膜极化调控光伏效应的基础材料,主要是利用B... 

【文章来源】：河南大学河南省

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

铁电材料电滞回线

图 1-2 (a)零偏压下 BFO 单晶分别在 532nnm 和 635nm 从左右两侧光照光电流随时间的响应曲线；(b)BFO 晶体在线性偏振极化光照条件下的光电流随样品转动角度的关系[10]与铁电块体不同，铁电薄膜凭借比单晶陶瓷更优异的光电转换效率和日益成熟的薄膜生长设备和技术的应用，从而使铁电薄膜光伏效应受到越来越多科研人员的广泛关注。近几年铁电薄膜存储器件的兴起，具有多功能铁电光电器件称为亟待开发的研究热门。由于铁电薄膜必须生长在衬底上，因此材料本身的性能受衬底影响较大。从铁电薄膜器件维度上又可以分为垂直的三明治结构（顶电极

图 1-3 铁电薄膜结构示意图；(a)垂直和(b)横向，可以沿极化方向测量与电极间距成正比的大的光电压[12]。1.4 铁电光伏效应增强途径由于铁电光伏效用产生的电流相当微弱，由此导致铁电光伏效应的光电转换效率较低。自从铁电光伏效应被第一次发现以来，研究人员不断的利用各种新技术希望大幅度提高铁电光伏效应的光电转换效率。由于铁电光伏效应分离光生载流子的主要动力来源一般认为是材料内部的自发极化场和受到外加电场调制下的薄膜去极化场。所以尽可能提高铁电材料极化强度和矫顽场是认为能够增强铁电材料的光伏效应的途径之一。典型的铁电材料如 LNO、BTO、PZT 和 BFO 矫顽场的值约为 70 C/cm2、25 C/cm2、30 C/cm2和 90 C/cm2[14-17]；现在各种薄膜生长方式的完善，像脉冲激光沉积法和分子束外延生长等设备的应用；高质量的铁电薄膜如雨后春笋般的出现。像 BTO、PZT 和 BFO 外延薄膜矫顽场达到


本文编号：3431951