钙钛矿氧化物低维结构光电特性与载流子动力学过程研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 1次 | 上传用户:dingyi
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钙钛矿氧化物中的晶格、电子、轨道以及自旋等各种自由度之间由于强关联电子体系存在着强烈的耦合作用产生了非常丰富的物理特性,如介电、光电、压电、铁电、热电、高温超导、庞磁电阻、金属绝缘体相变和光学非线性等。特别是由于钙钛矿氧化物的低维结构能与传统的半导体工艺相匹配,有利于制造新型的微型化、集成化器件,所以在光伏器件、信息存储、高温超导和铁电记忆等方面有着很大的应用价值。研究钙钛矿氧化物低维结构的物理特性对解释强关联电子体系的物理机制具有重要意义。本论文主要研究了钙钛矿氧化物低维结构的光电特性,深入分析了钙钛矿氧化物低维结构中的光电效应,对光电效应中光作用区域的内在机理提出了新的解释。研究了部分光照对于钙钛矿氧化物整体光电效应的影响,并且探究了其中的光生载流子动力学运动的过程。针对钙钛矿氧化物低维结构独特的电子结构,研究了温度、磁场等因素对于钙钛矿氧化物低维结构光电特性的影响,并发现了钙钛矿氧化物低维结构中的界面效应对于其光电效应的量子效率有着增强作用,极大的拓展钙钛矿氧化物的应用前景。主要研究成果如下:(1)深入研究了部分区域光激发对于SrTiO3单晶整体的导电状态和内部载流子生成与分布的影响。发现光电效应在SrTiO3单晶中产生的是一个整体效应,无论SrTiO3单晶所受光照区域的大小,它都作为一个整体参与到光电效应中,光生载流子在电场作用下在SrTiO3单晶中自由移动,就像在导体中一样。区域光激发斜切SrTiO3单晶不仅可以产生光电压,还可以产生光电流。光照区域中光生电压的强度取决于入射激光的能量密度、光照区域内晶格台阶的数目和SrTiO3单晶的斜切角度。非光照区域中光生电压强度取决于非光照区域边缘光照区的光生电压强度和非光照区中光生载流子扩散传播距离。发现光电效应测试电路中的接地点对于SrTiO3单晶中的电势分布有着重要影响。(2)利用脉冲激光沉积技术制备了La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜,研究了La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜受不同波长激光照射时在不同温度下的光致电阻效应。由于氧空位的影响,在La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜中发现了很高的光致电阻变化率。在室温下,La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜对于808 nm激光的光电响应度强于532 nm激光。激光能量和偏流大小是影响La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜光致电阻变化的重要因素,在固定激光能量下La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜的光致电阻变化率是相同。La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜的光致电阻变化率随着温度的下降逐渐上升。(3)研究了多铁钙钛矿氧化物BiFeO3制备的BiFeO3/Si异质结中的光致磁阻变化和磁场调制的光电效应,发现了BiFeO3/Si异质结中存在着铁电光伏效应,不同波长的激光对于BiFeO3/Si异质结的磁阻变化率影响不同。1064 nm波长激光对BiFeO3/Si异质结的磁阻变化率的影响高于532 nm激光。磁场对于激光照射BiFeO3/Si异质结的瞬态光伏效应有着调制作用,BiFeO3/Si异质结的瞬态光生伏特的大小随着磁场强度的增加先增大后减小,瞬态光生伏特效应的响应时间随着磁场的变化保持不变。磁场对于激光照射BiFeO3/Si异质结的开路光电压和短路光电流有着明显的调制作用。当1064 nm激光照射BiFeO3/Si异质结时,光电压和光电流受磁场影响更容易饱和。(4)在SrTiO3单晶基底上使用脉冲激光沉积技术制备了不同周期的(LaAlO3/SrTiO3n超晶格,研究了LaAlO3/SrTiO3超晶格样品中LaAlO3/SrTiO3界面对样品光电效应量子效率的影响。发现了光电效应在LaAlO3/SrTiO3样品中同样是一个整体效应。无论样品所受光照区域的大小,LaAlO3/SrTiO3样品都作为一个整体参与到光电效应中。由于界面效应的影响,照射LaAlO3/SrTiO3样品界面位置时的光电效应量子效率远高于照射LaAlO3/SrTiO3样品膜面位置的光电效应量子效率。利用偏压可以进一步调制照射LaAlO3/SrTiO3样品界面位置时的光电效应量子效率,提高界面效应对光电效应量子效率的提升效果。
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