鐵電材料由于具有可反轉(zhuǎn)的自發(fā)極化特征,現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于傳感器、驅(qū)動(dòng)器及鐵電存儲(chǔ)器等領(lǐng)域,是國(guó)內(nèi)外新型功能材料的研究熱點(diǎn)之一。近年來(lái)的研究表明,鐵電材料由于具有光伏效應(yīng),在太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化應(yīng)用具有巨大的應(yīng)用前景,主要是由于其不受禁帶寬度限制的反常開(kāi)路電壓及其光生載流子的產(chǎn)生機(jī)制,而相對(duì)于陶瓷等塊狀材料,薄膜具有更快的響應(yīng)速度、更高的光電轉(zhuǎn)換效率,更易于應(yīng)用在集成電路與系統(tǒng)中,并且研究發(fā)現(xiàn)鐵電薄膜在特定波長(zhǎng)光照下能產(chǎn)生較大的光生電壓,這就使得其在紫外-紅外探測(cè)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景,因此本文對(duì)PZT薄膜的光電探測(cè)能力開(kāi)展研究。實(shí)驗(yàn)中制備了基于Si(111)基底的三明治結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器,采用射頻磁控濺射法依次制備了ZnO/PZT與ITO/PZT薄膜,PZT薄膜厚度約為250nm,再用電阻式蒸發(fā)沉積上金屬Ag頂電極。對(duì)這兩種底電極的PZT薄膜進(jìn)行XRD分析表征,其中ZnO底電極上沉積的PZT薄膜具有較明顯的鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu),且其鐵電性能及抗疲勞特性也優(yōu)于ITO/PZT結(jié)構(gòu),剩余極化強(qiáng)度達(dá)到2.67μC/cm~2,經(jīng)過(guò)10~8次極化翻轉(zhuǎn)后其剩余極化強(qiáng)度為原來(lái)的95.4%。論文還對(duì)PZT薄膜的制備工藝對(duì)其鐵電性能及光電性能的影響進(jìn)行了研究,采用不同氬氧比的濺射氣氛,發(fā)現(xiàn)在制備中加入少量氧氣(O_2占12.5%)后,ZnO/PZT異質(zhì)結(jié)可獲得較好的晶格匹配,晶粒大小的均勻性有所提高,其剩余極化強(qiáng)度達(dá)到7.14μC/cm~2,而光伏性能測(cè)試中純氬氣氛制備的PZT薄膜的光響應(yīng)度達(dá)到0.2V/W。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其光響應(yīng)性能與鐵電性能成正相關(guān)關(guān)系。最后我們?cè)诘蜏貤l件下(260℃)采用柔性襯底制作了PZT薄膜光電探測(cè)器,在聚酰亞胺襯底上制備了PZT鐵電薄膜,與Si襯底PZT薄膜樣品相比較,其薄膜表面具有較多缺陷,導(dǎo)致了鐵電性能上的下降。其飽和極化強(qiáng)度為3.17μC/cm~2,矯頑場(chǎng)為0.825V,剩余極化強(qiáng)度為11.09μC/cm~2,柔性襯底的PZT薄膜光電探測(cè)器在波長(zhǎng)為340nm處光響應(yīng)度最大,達(dá)到0.12V/W。結(jié)果表明所制備出的柔性PZT薄膜探測(cè)器在材料結(jié)構(gòu)及性能上具有可行性。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB383.2;TN15
【部分圖文】：

第一章 引言料材料簡(jiǎn)介一般認(rèn)為是在 1920 年左右， Joseph Valasek 在對(duì)單H2O)的研究中發(fā)現(xiàn)，其在外電場(chǎng) E 作用下，得到一條極線類似的回線[1]，如圖 1-1 所示。即得到的 P-E 曲線具有線類似的特點(diǎn)，通常該特性被稱為鐵電特性。相應(yīng)地，材料被稱為鐵電材料[2]。電滯回線是鐵電材料最重要的特能否成為為鐵電材料的主要依據(jù)之一。鐵電特性主要特性、壓電特性和熱釋電特性等性能[3]，比如 SiC 等半導(dǎo)體移，在某些特定情況下也能得到類似電滯回線的曲線[4-5]料特有的壓電、鐵電等特性，所以并不屬于鐵電材料。

圖 1-2 鐵電薄膜光伏原理酸鉛（PZT）材料鉛通常簡(jiǎn)稱為 PZT，化學(xué)通式為 Pb(ZrxTi1-x)O3，屬于典型鈣鈦化合物的化學(xué)通式為 ABO3，結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示。PZT 之所以能主要是因?yàn)槠涮厥獾木w結(jié)構(gòu)。32 個(gè)晶體學(xué)點(diǎn)群中有 10 個(gè)特殊這些點(diǎn)群的晶體存在特殊的極化方向，從而晶胞中正負(fù)電荷中移，形成電偶極矩，產(chǎn)生自發(fā)極化[14]。

圖 1-2 鐵電薄膜光伏原理 鋯鈦酸鉛（PZT）材料鋯鈦酸鉛通常簡(jiǎn)稱為 PZT，化學(xué)通式為 Pb(ZrxTi1-x)O3，屬于典型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)體，其化合物的化學(xué)通式為 ABO3，結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示。PZT 之所以能夠產(chǎn)生極化，主要是因?yàn)槠涮厥獾木w結(jié)構(gòu)。32 個(gè)晶體學(xué)點(diǎn)群中有 10 個(gè)特殊的極性，具有這些點(diǎn)群的晶體存在特殊的極化方向，從而晶胞中正負(fù)電荷中心沿該發(fā)生偏移，形成電偶極矩，產(chǎn)生自發(fā)極化[14]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 訾振發(fā);戴結(jié)林;;Zn_(0.85)Co_(0.14)Cu_(0.01)O薄膜的制備及其微結(jié)構(gòu)[J];合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào);2008年03期

2 曾亦可;陳剛;張洋洋;鄧傳益;俞丹;;鐵電材料I-V特性測(cè)試系統(tǒng)[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2006年11期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 潘丹峰;鐵電基復(fù)合薄膜的光伏效應(yīng)及其調(diào)控研究[D];南京大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 張鵬;鋯鈦酸鉛鐵電薄膜的光伏性能研究[D];蘇州大學(xué);2015年

2 李睿;PZT鐵電薄膜光伏型紫外—近紅外探測(cè)器的研究[D];南昌大學(xué);2013年

3 范慶言;Cr摻雜Bi_xSb_yTe_3,Bi_2Se_3,Fe摻雜Bi_2Se_3輸運(yùn)性質(zhì)的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

4 文寶華;PZT基鐵電陶瓷材料疲勞特性研究[D];北京化工大學(xué);2012年

5 韓濤;多功能光電材料在太陽(yáng)電池中的應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2012年

6 吳云飛;寬光譜監(jiān)控薄膜生長(zhǎng)系統(tǒng)的研制[D];復(fù)旦大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2813457