钙钛矿氧化物材料的光电特性研究

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自从高温超导和庞磁电阻现象发现以来,在世界范围内掀起了研究钙钛矿氧化物材料的热潮,本论文工作使用激光分子束外延(laser molecular-beam epitaxy, laserMBE)技术在Si衬底上外延生长了TiN、La1-xSrxMn03和BaTiO3-6等薄膜材料,制备出La0.9Sr0.1MnO3/Si、BaTiO34/Si和TiN/Si等异质结。重点研究了氧化物材料和异质结的光电特性。在此基础上,开展了钙钛矿氧化物可见盲紫外光探测器的研制工作。主要取得了以下的研究成果:    1.利用激光分子束外延技术分别在Si、Mg0和YSZ等衬底上,原子尺度控制外延生长出高质量的TiN和ITO导电薄膜材料,RHEED、XRD、AFM等测量结果表明,所制备的TiN和ITO导电薄膜不仅具有很好的外延取向和单晶结构,而且表面平整。   2.研究了光照方向对La0.9Sr0.1MnO3/Si异质结光电灵敏度的影响,发现侧向照明下的灵敏度是正向照明下的40倍。   3.系统地研究了BaTiO3-δ/Si p-n异质结的光电特性和BaTiO3-δ薄膜中氧含量的关系。实验结果表明,随着BaTiO3-δ薄膜中氧含量的逐渐减少,BaTiO3-δ/Si p-n结的整流特性逐渐变差,漏电流逐渐增大,但光生电流却逐渐增大,光电灵敏度逐渐提高,其主要原因是BaTiO3-δ薄膜中的氧空位在电荷转移过程中起了重要作用。    4.从纵向和横向两个方面较为系统地研究了TiN/Si异质结的光电特性,使用波长355nm和脉宽25ps的脉冲激光辐照,观测到上升时间86 ps,半高宽178 ps的开路光生伏特脉冲信号,响应时间达到ps量级。在7mW的HeNe激光辐照下,TiN/Si异质结的纵向短路电流达到35.3 mA/cm2,开路光生伏特电压达到400mV。在7mW非均匀的HeNe激光辐照下,TiN/Si异质结的横向光生电压随位置变化的灵敏度达到60mV/mm,据我们所知,这是到目前为止文献报道的最大值。已申请发明专利一项。    5.研究了SrTiO3、LaAlO3和ZrO2等氧化物的光电特性。首次研制出金属一绝缘体一金属型SrTiO3叉指结构的可见盲紫外光探测器,响应时间达到1.5ns,对330nm波长的光响应灵敏度达到213mA/mW和105V/W,光电效率达到~80%,对紫外光和可见光响应的灵敏度比值达到104,并且在10V偏压下器件的暗电流小于50pA。
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