BiFeO_3/γ-Fe_2O_3颗粒膜的光电性能研究

【摘要】铁酸铋BiFeO3作为一种典型的单相多铁性材料,近年来受到广泛关注。它在室温下同时具有铁电性和反铁磁性,而且铁酸铋又是一种窄带隙半导体,能充分吸收可见光,具有良好的光电性能。如此特殊的性能使得其在动态随机存储器、微电路、自旋电子器件以及传感器等方面有着广阔的应用前景。本论文中研究BiFeO3/γ-Fe2O3颗粒膜的结构及其光电性能,主要内容如下：(1)采用射频磁控溅射共溅射的方法在单晶n型Si(100)基片上生长BiFeO3/γ-Fe2O3颗粒膜,并将制得的薄膜样品分别进行400-600℃真空退火处理。(2)采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别测定不同退火温度的BiFeO3/γ-Fe2O3样品的晶体结构和表面形貌。XRD和SEM结果显示600。C退火的样品呈现较好的结晶,而且样品中没有杂相生成。薄膜样品表面具有较好的平整性与致密性。(3)采用CHI600C电化学分析仪测试不同退火温度的BiFeO3/γ-Fe2O3样品的电流密度-电压(J-V)曲线。结果表明我们的样品呈现出整流效应。其原因来自于薄膜和Ag电极间形成的肖特基势垒。(4)对BiFeO3/γ-Fe2O3样品进行光电导性能测试,所使用的光源为普通的白炽灯(能量密度为20mW/cm2)。并且分析不同退火温度对BiFeO3/γ-Fe2O3样品光电导性能的影响。发现样品退火温度越高,光电导越大。由于薄膜和Ag电极间存在肖特基势垒,所以样品在负偏压下,光电导性能较为明显。另外样品具有灵敏的光响应性能,外加2V的负偏压下,600℃退火的BiFeO3/γ-Fe2O3样品的暗电流为0.5μA,加光后电流可达39.8μA。(5)对比600℃退火的BiFeO3样品和BiFeO3/γ-Fe2O3样品的电流-电压曲线和光响应曲线,发现含有的γ-Fe2O3样品其光电导效应得到增强,响应光电流强度相应增加。这可能是因为γ-Fe2O3为一种光催化剂且对可见光有很好的吸收。BiFeO3/γ-Fe2O3样品的光电导率和暗电导率的比值为86,远大于纯的BiFeO3样品的35。测试得到BiFeO3/γ-Fe2O3样品的带隙为2.48eV小于BiFeO3样品带隙值2.57eV。(6)采用PrecisionLC铁电测试系统研究了光对铁电性能的影响。光对600℃退火的BiFeO3和BiFeO3/γ-Fe2O3样品的电滞回线均有影响。加光以后其剩余极化强度变大,矫顽场减小。同时发现BiFeO3/γ-Fe2O3样品电滞回线在光作用下的变化更为明显,样品光存储效率η可达71%。
【作者】沈真；
【导师】陈鹏；
【作者基本信息】西南大学，凝聚态物理学，2014，硕士
【关键词】BiFeO3/γ-Fe2O3复合颗粒膜；光电导；肖特基势垒；铁电性能；

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