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钙钛矿氧化物光电特性的研究不仅对理解电子强关联体系的物理机制具有重要意义,而且对钙钛矿氧化物材料的应用也具有重要的作用。本论文的主要内容包括两方面的研究工作,一方面在研究钙钛矿氧化物光电特性的基础上,研制出基于钙钛矿氧化物的紫外光探测器。另一方面研究了外场(如应力、光场、电场、磁场)对不同取向掺杂锰氧化物薄膜物性的影响,重点研究了对其光致电阻的调制。取得了以下主要研究结果:
1.首次利用皮秒脉冲激光,在LiNbO3单晶和LiTaO3单晶上观测到皮秒量级的超快光电响应。研制出叉指电极结构的LaAlO3和LiTaO3单晶日盲深紫外光探测器和LiNbO3单晶可见盲紫外光探测器,其光电响应时间分别达到皮秒量级。LaAlO3和LiTaO3日盲深紫外光探测器的光电灵敏度分别达到了71.8 mA/W和2 mA/W。在外加10 V偏压和日光照射下其噪声电流分别为77 pA和61 pA。LiNbO3可见盲紫外光探测器的光电灵敏度达到17.1 mA/W,在10 V偏压下,其噪声电流仅为73pA。
2.原子尺度控制地外延生长出厚度从2~200原胞层不同厚度的ITO导电薄膜,电学特性研究结果表明,ITO导电薄膜在4~5个原胞层时发生金属—绝缘体转变。我们用三维弱局域化导电机制转变为二维局域化导电机制,很好地解释了ITO薄膜发生金属—绝缘体转变的物理现象。光学特性研究结果表明,ITO薄膜在厚度小于20原胞层时,其紫外光透过率大于60%。并把ITO导电薄膜同时作为光探测器的电极和窗口,研制出具有实用性的新型金属—绝缘体—金属(MIM)结构LaAlO3日盲深紫外光探测器和SrTiO3可见盲紫外光探测器。
3.首次利用压电衬底施加可控应力,实现了对掺杂锰氧化物薄膜的光致电阻的调制。研究结果表明,薄膜光致电阻随着薄膜面内张应力的减小而增大。对于膜厚小于临界厚度的锰氧化物薄膜,衬底的不同极化方向对薄膜光致电阻有明显的影响。用电场对衬底产生的晶格应力效应和铁电极化效应共同作用的机理很好地解释了所观测到的实验现象。
4.实现了磁场对掺杂锰氧化物薄膜光致电阻的调制,实验结果表明,随着外加磁场的增加,薄膜的光致电阻显著下降。从薄膜中磁畴和电子自旋方向在磁场中发生了重排列与磁场将薄膜中原本束缚在氧空位附近的电子释放并与空穴发生复合两方面很好地解释了所观测的实验现象。