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)動器及鐵電存儲器等領(lǐng)域,是國內(nèi)外新型功能材料的研究熱點之一。近年來的研究表明,鐵電材料由于具有光伏效應(yīng),在太陽能光電轉(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路電壓及其光生載流子的產(chǎn)生機制,而相對于陶瓷等塊狀材料,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-紅外探測領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景,因此本文對PZT薄膜的光電探測能力開展研究。實驗中制備了基于Si(111)基底的三明治結(jié)構(gòu)光電探測器,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。對這兩種底電極的PZT薄膜進行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),剩余極化強度達到2.67μC/cm~2,經(jīng)過10~8次極化翻轉(zhuǎn)后其剩余極化強度為原來的95.4%。論文還對PZT薄膜的制備工藝對其鐵電性能及光電性能的影響進行了研究,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,其剩余極化強度達到7.14μC/cm~2,而光伏性能測試中純氬氣氛制備的PZT薄膜的光響應(yīng)度達到0.2V/W。實驗結(jié)果表明其光響應(yīng)性能與鐵電性能成正相關(guān)關(guān)系。最后我們在低溫條件下(260℃)采用柔性襯底制作了PZT薄膜光電探測器,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。其飽和極化強度為3.17μC/cm~2,矯頑場為0.825V,剩余極化強度為11.09μC/cm~2,柔性襯底的PZT薄膜光電探測器在波長為340nm處光響應(yīng)度最大,達到0.12V/W。結(jié)果表明所制備出的柔性PZT薄膜探測器在材料結(jié)構(gòu)及性能上具有可行性。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB383.2;TN15
【部分圖文】：

第一章 引言料材料簡介一般認為是在 1920 年左右， Joseph Valasek 在對單H2O)的研究中發(fā)現(xiàn)，其在外電場 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，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）材料鉛通常簡稱為 PZT，化學通式為 Pb(ZrxTi1-x)O3，屬于典型鈣鈦化合物的化學通式為 ABO3，結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示。PZT 之所以能主要是因為其特殊的晶體結(jié)構(gòu)。32 個晶體學點群中有 10 個特殊這些點群的晶體存在特殊的極化方向，從而晶胞中正負電荷中移，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稱為 PZT，化學通式為 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，主要是因為其特殊的晶體結(jié)構(gòu)。32 個晶體學點群中有 10 個特殊的極性，具有這些點群的晶體存在特殊的極化方向，從而晶胞中正負電荷中心沿該發(fā)生偏移，形成電偶極矩，產(chǎn)生自發(fā)極化[14]。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

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相關(guān)博士學位論文 前1條

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本文編號：2813457