论文部分内容阅读
多铁性材料是指具有两种或两种以上“铁性能”的材料。大多数情况下,我们研究的多铁性材料既具有磁性,又具有铁电性,还具有铁磁相和铁电性耦合所产生的一种新效应——磁电耦合效应。一般多铁材料有单相和复合两种,复合多铁材料相对于单相多铁材料而言,其磁电耦合效应更强,应用也更广泛。作为六方晶格钙钛矿氧化物的BaTiO3是一种典型的铁电材料,且国际上对其光伏效应的研究表明BaTiO3也是一种光敏材料,在太阳能电池方面有一定应用。而钙钛矿家族另一成员BiFeO3除了具有铁磁性,且它的带隙值约2.5-2.8 eV,能充分吸收可见光,固具有良好光电性能。BaTiO3、BiFeO3如此特殊性能使得它们在动态随机存储器、传感器、微电路以及自旋电子器件等方面有着广阔应用前景。在本论文中,纯相的铁电材料BaTiO3和弱铁磁材料BiFeO3被用于制备多铁性复合材料——BiFeO3/BaTiO3颗粒膜,不但研究了其磁电耦合效应,而且对其光电特性也做了相关研究。具体研究内容如下：(1)采用射频溅射的方法在单晶n型Si(100)基片上分别生长了BiFeO3/ BaTiO3颗粒膜和BaTiO3薄膜。将制得的BiFeO3/BaTiO3颗粒膜进行真空退火处理,退火温度分别为400℃、500℃、600℃,而BaTiO3薄膜退火温度为600℃。(2)利用X射线衍射(XRD)和EDX对经过600℃退火处理的BiFeO3/BaTiO3颗粒膜和BaTiO3薄膜分别进行了物像及成分检测。结果表明经过600℃退火处理的BiFeO3/BaTiO3颗粒膜和BaTiO3薄膜结晶均较好,BiFeO3/BaTiO3颗粒膜和BaTiO3薄膜内均无其它杂相生成。(3)采用电化学分析(CHI600C)分别测试了400℃-600℃退火温度下BiFeO3/BaTiO3颗粒膜的电流密度-电压(J-V)曲线。J-V曲线表明我们的薄膜样品呈现出了整流效应,其中原因来自于薄膜样品与Ag电极间形成的肖特基势垒。(4)对BiFeO3/BaTiO3样品进行了光电导性能测试,测试光源为能量密度为20 mW/cm2的普通白炽灯。且分析了不同退火温度对BiFeO3/BaTiO3样品光电导性能的影响。结果发现样品的退火温度越高,其光电导越大。由于样品和Ag电极之间存在肖特基势垒,所以样品的光电导性能在负偏压下较明显。此外样品还具有灵敏的光响应特性,在外加2V负偏压下,600℃退火的BiFeO3/BaTiO3样品暗电流为0.5μA,加光后光电流可增加到39.8μA。(5)对BiFeO3/BaTiO3样品进行了光伏性能测试(光源同上),且分析了不同退火温度对BiFeO3/BaTiO3样品光伏性能的影响。结果发现样品的退火温度越高,其光伏性能越大。最后对比了600℃退火温度下BiFeO3、BaTiO3和BiFeO3/BaTiO3的光伏性能,结果表明BiFeO3/BaTiO3复合颗粒膜光伏性能较好,开路电压达到了245 mv。(6)利用铁电测试系统测试了光对BiFeO3/BaTiO3样品铁电性能的影响。结果表明光对经过600℃退火处理的BiFeO3/BaTiO3颗粒膜的电滞回线有较大影响。加光后其剩余极化强度变大,而矫顽场相对减小,其光存储效率η可达75%。(7)利用高精密度振动样品磁强计、铁电测试系统、低温系统测试了样品的磁电耦合效应。结果表明室温下,样品的矫顽电场和剩余电极化强度在磁场强度为0T和1.5 T两种情况下均未发生明显变化；而在200K时,电滞回线在磁场作用下却发生了明显的变化。(8)在不同光照强度,对BaTiO3薄膜进行了电流密度-电压(J-V)曲线测试,通过计算,其光伏效率在光功率密度为0.1 mW/cm2时达到最大值1.25%。