鈦酸鉍系鐵電薄膜的合成與光電性能研究.pdf

1、鐵電材料作為一種重要的功能材料，已在微電子、光電子和微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中鉍層狀鐵電材料是最近研究比較多的一種材料，它是一種有著良好物理性能的多功能材料，如鐵電、光電、介電、壓電等諸多方面，尤其是鐵電材料光電性能的研究日益增多。Bi4Ti3O12(BTO)這種材料作為一種環(huán)境友好型無(wú)鉛鐵電材料受到人們的高度關(guān)注，以往的研究主要集中在BTO的鐵電、介電和發(fā)光性質(zhì)，對(duì)其光伏性質(zhì)的研究較少。本論文研究了未摻雜的BTO鐵電薄膜和

2、La摻雜的BTO鐵電薄膜(Bi3.5La0.5Ti3O12，BLTO)中的光伏效應(yīng)，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.通過(guò)傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法在900℃左右成功燒結(jié)出BTO靶材，并通過(guò)脈沖激光沉積(Pulsed Laser Deposition，PLD)法在摻雜氟的SnO2透明導(dǎo)電玻璃(SnO2∶F，F(xiàn)TO)玻璃襯底上沉積出純相的BTO薄膜，測(cè)得的XRD圖譜與靶材的相對(duì)應(yīng)。陶瓷靶材和薄膜的PFM信息證明了它們鐵電性的存在。J-V的測(cè)試結(jié)果顯

3、示該BTO薄膜具有光電導(dǎo)效應(yīng)，我們認(rèn)為由于功函數(shù)的不同所導(dǎo)致的肖特基勢(shì)壘是產(chǎn)生光電導(dǎo)的主要原因。
　　2.通過(guò)溶膠凝膠法將BTO薄膜成功的生長(zhǎng)在FTO玻璃襯底上。光照下J-V特性曲線(xiàn)表明BTO薄膜具有較明顯的光伏效應(yīng)，其最大轉(zhuǎn)換效率約為0.00026％。我們認(rèn)為極化對(duì)該薄膜的光伏效應(yīng)貢獻(xiàn)不大，肖特基勢(shì)壘是分離電子-空穴對(duì)的主要驅(qū)動(dòng)力。該薄膜ON-OFF的曲線(xiàn)顯示了光電流隨光照強(qiáng)度增大而增加。但是光電流密度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)幾乎不變，這

4、表明光的熱效應(yīng)是可以忽略不計(jì)的。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明BTO薄膜在光電器件領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
　　3.通過(guò)溶膠凝膠法在FTO襯底上成功地將La摻進(jìn)BTO制備出純相的BLTO薄膜，La取代Bi的位置之后晶體結(jié)構(gòu)基本沒(méi)有發(fā)生變化。BLTO薄膜和BTO相比鐵電性有所提高，在宏觀(guān)狀態(tài)下測(cè)試出其鐵電性，并發(fā)現(xiàn)隨著外加電場(chǎng)的逐漸增大，薄膜的剩余極化在逐漸增大，矯頑場(chǎng)也在增加。在加光條件下的J-V測(cè)試顯示出開(kāi)路電壓大約是0.08V，短路電流密