掺杂氧化物薄膜光电性能和氧化铝基底金属薄膜生长研究

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钙钛矿氧化物是一类具有丰富物理化学性质和应用前景的功能材料,通过化学掺杂等手段适当调节其性能,已经成为光电特性研究中重要的一类材料。由于掺杂钙钛矿氧化物薄膜本身的复杂性及多样性,针对光电类的钙钛矿氧化物薄膜的制备及性能的研究还存在较多的不足,特别是针对不同掺杂的类钙钛矿氧化物薄膜的光电性能还缺乏深入系统的研究,对其光电过程的输运机理也需要深入的分析和研究。本文主要利用掺杂方法制备了多种钙钛矿氧化薄膜及异质结,研究了其在激光照射条件下的电学性能,并对其电输运特性进行了分析和讨论。本文的主要工作包括以下几个方面:(1)利用脉冲激光沉积法(PLD)在单晶STO(100)衬底上制备BFO/LSMO薄膜异质结。通过XRD分析BFO/LSMO膜异质结的基本结构。测量了其温度在300K和80K的磁滞回线。研究了在不同电流条件下的BFO层和LSMO层间电阻随温度的变化规律,并讨论了其磁性产生的机制。(2)利用溶胶-凝胶法制备了Ni的掺杂的PbTi1-xNix O3薄膜,并对其结构、电学和光电特性进行了研究。制备的PbTi1-xNixO3薄膜是不含杂质相或烧绿石相的多晶结构。Ni的取代可以减小PbTi1-xNixO3薄膜带隙,增加介电常数和铁电极化,PbTi0.8Ni0.2O3膜的最大剩余极化(Pr)达到58.1μC/cm2。(3)通过CaH2还原BaSnO3的方法,并利用外延方法制备了H掺杂BaSnO3(BOS-H)薄膜,并研究了其光电特性。氢的加入明显改善了BaSnO3薄膜的导电性,使BaSnO3薄膜发生了从绝缘性向金属性的转变。氢掺杂BSO薄膜的高载流子密度及高迁移率,从而提高了其光电响应特性。同时,光电阻的恢复过程可由双指数函数拟合分析,显示载流子的运输和被俘陷载流子的释放是影响BOS-H薄膜光响应特性的主要原因,且被俘陷载流子释放对恢复过程具有决定性的作用。(4)通过磁控溅射制备了掺杂锰元素的n-ZnO和p-Si异质结。ZMO薄膜表现出很好的整流特性。激光作用下,随着温度的增加,理想因子增加,表明电流的输运机理发生了变化。当反向偏压增加时,光电流急剧增加并在超过某一定电压(V0)趋于饱和;V0随着温度降低而增加;当光电流和暗电流的比值α,在反向偏压为7V的情况下,随着温度减小而增加。通过n-ZnO与p-Si异质结的能带原理分析了其输运机理和光响应机理。(5)通过研究衬底温度和沉积角度对纳米结构的影响,揭示对纳米阵列形成的主动控制机理。AAO衬底提供了一种制备具有各向异性晶粒阵列结构的有效方法,这将有助于加深研究者对衬底纳米形貌对薄膜生长能量学和动力学影响的深入理解,并为制备具有其他新型纳米结构的薄膜提供理论依据和实验基础。
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