BiFeO3-γ-Fe2O3顆粒膜的光電性能研究.pdf

1、鐵酸鉍BiFeO3作為一種典型的單相多鐵性材料，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。它在室溫下同時(shí)具有鐵電性和反鐵磁性，而且鐵酸鉍又是一種窄帶隙半導(dǎo)體，能充分吸收可見(jiàn)光，具有良好的光電性能。如此特殊的性能使得其在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、微電路、自旋電子器件以及傳感器等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　本論文中研究BiFeO3/γ-Fe2O3顆粒膜的結(jié)構(gòu)及其光電性能，主要內(nèi)容如下:
　　(1)采用射頻磁控濺射共濺射的方法在單晶n型Si(100)基片上生長(zhǎng)

2、BiFeO3/γ-Fe2O3顆粒膜，并將制得的薄膜樣品分別進(jìn)行400-600℃真空退火處理。
　　(2)采用X射線衍射儀(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)分別測(cè)定不同退火溫度的BiFeO3/γ-Fe2O3樣品的晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌。XRD和SEM結(jié)果顯示600℃退火的樣品呈現(xiàn)較好的結(jié)晶，而且樣品中沒(méi)有雜相生成。薄膜樣品表面具有較好的平整性與致密性。
　　(3)采用CHI600C電化學(xué)分析儀測(cè)試不同退火溫度的BiFeO3/γ-

3、Fe2O3樣品的電流密度-電壓(J-V)曲線。結(jié)果表明我們的樣品呈現(xiàn)出整流效應(yīng)。其原因來(lái)自于薄膜和Ag電極間形成的肖特基勢(shì)壘。
　　(4)對(duì)BiFeO3/γ-Fe2O3樣品進(jìn)行光電導(dǎo)性能測(cè)試，所使用的光源為普通的白熾燈(能量密度為20mW/cm2)。并且分析不同退火溫度對(duì)BiFeO3/γ-Fe2O3樣品光電導(dǎo)性能的影響。發(fā)現(xiàn)樣品退火溫度越高，光電導(dǎo)越大。由于薄膜和Ag電極間存在肖特基勢(shì)壘，所以樣品在負(fù)偏壓下，光電導(dǎo)性能較為明顯。另

4、外樣品具有靈敏的光響應(yīng)性能，外加2V的負(fù)偏壓下，600℃退火的BiFeO3/γ-Fe2O3樣品的暗電流為0.5μA，加光后電流可達(dá)39.8μA。(5)對(duì)比600℃退火的BiFeO3樣品和BiFeO3/γ-Fe2O3樣品的電流-電壓曲線和光響應(yīng)曲線，發(fā)現(xiàn)含有的γ-Fe2O3樣品其光電導(dǎo)效應(yīng)得到增強(qiáng)，響應(yīng)光電流強(qiáng)度相應(yīng)增加。這可能是因?yàn)棣?Fe2O3為一種光催化劑且對(duì)可見(jiàn)光有很好的吸收。BiFeO3/γ-Fe2O3樣品的光電導(dǎo)率和暗電導(dǎo)率的

5、比值為86，遠(yuǎn)大于純的BiFeO3樣品的35。測(cè)試得到BiFeO3/γ-Fe2O3樣品的帶隙為2.48eV小于BiFeO3樣品帶隙值2.57eV。
　　(6)采用Precision LC鐵電測(cè)試系統(tǒng)研究了光對(duì)鐵電性能的影響。光對(duì)600℃退火的BiFeO3和BiFeO3/γ-Fe2O3樣品的電滯回線均有影響。加光以后其剩余極化強(qiáng)度變大，矯頑場(chǎng)減小。同時(shí)發(fā)現(xiàn)BiFeO3/γ-Fe2O3樣品電滯回線在光作用下的變化更為明顯，樣品光存儲(chǔ)效