本征晶格缺陷对bnt铁电薄膜光响应性能的影响

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1、第9卷第2期中国科技论文Vo1．9No．22014年2月CHINASCIENCEPAPERFeb．2014本征晶格缺陷对BNT铁电薄膜光响应性能的影响李静，王金斌，钟向丽，李波，郭道友，张克栋，王芳(湘潭大学材料与光电物理学院，湖南湘潭411105)摘要：用溶胶一凝胶法在YSZ／Si衬底上制备Bi。．sNdsTisOz(BNT)铁电薄膜，研究了退火气氛和退火温度对BNT薄膜的光响应性能的影响。对不同退火气氛和退火温度下的BNT薄膜进行微观结构和光响应性能表征。研究结果表明：随着退火气氛中氧含量的降低，光响应增大，BNT薄膜中氧空位起到了为光生载流子传输提供通道的作用；随着退火温度的降低，光开

2、启电压和饱和光电导增大，BNT薄膜中高密度的晶界虽然阻碍了光生载流子的迁移，却有利于使光生载流子在晶界处及时分开。关键词：铁电薄膜；退火；微观结构；光响应中图分类号：O484．4文献标志码：A文章编号：2095—2783(2014)02—0243—04EffectsofannealingprocessonthephotoresponseofBNTferroelectricthinfilmsLiJing，WangJinbin，ZhongXiangli，Li13o，GuoDaoyou，ZhangKedong，WangFang(FacultyofMaterials，Optoelectronicsa

3、ndPhysics，XiangtanUniversity，Xiangtan，Hunan411105，China)Abstract：TheBi3．15Ndo85Ti3Ol2(BNT)ferroelectricthinfilmwasfabricatedontheYSZ／Sisuhstrateusingasol—gelprocess，andtheeffectsofannealingatmosphereandannealingtemperatureonthephotoresponseofBNTthinfilmswereinvestigated．Themicrostructureandphotores

4、ponseoftheBNTfilmwerecharacterized．Theresultssuggestthatthephotoresponseincreaseswiththedecreasingoxygenconcentrationintheatmosphere，whichindicatesthatoxygenvacanciesinBNTfilmsprovideapathforphoto—generatedcarrierstransportation．Thethresholdvoltageofphotoconduction，aswellasthesaturationphotoconduct

5、ionincreaseswiththedecreasingannealingtemperature．Thoughgrainboundarieshinderthemigrationofcarriers，theypromotetheseparationofphotogeneratedcarrierstimely．Keywords：ferroelectricfilms；annealing；microstructure；photoresponse近几年，铁电薄膜的光伏效应引起了很多研究界，研究本征晶格缺陷对光生载流子的输运特性者的关注。不同于传统的结型半导体，在一定波长的影响。的光照下，铁电薄膜可以

6、输出比禁带宽度大得多的本研究建立在一种面内光伏结构之上。这种结光电压，这在光探测器和微机电系统(MEMS)中有构不同于传统三明治式结构[8]，是将铁电薄膜生长潜在的应用前景[1-53。铁电光伏效应早在1956年就在一种绝缘衬底上，然后在铁电薄膜面内沉积两对被发现，但是到目前为止，其物理机制仍然没有被完称电极[4]。采用这种结构可以消除其他因素对光响全弄清楚。光伏效应是由光生空穴一电子对的产生和应的贡献：面内对称电极可以消除肖特基势垒光伏分开两个过程构成，只有分开的空穴一电子对才会对效应；初始态铁的电薄膜其电畴和畴壁呈随机分布，光响应有贡献。在很长一段时间，研究者认为光生并且由于面内电极间距较

7、大(100m)，即使施加几空穴一电子对是在退极化场作用下分开的[4,67]，然十伏的电压，极化状态的改变也很小，因此极化和畴而，一些研究者认为界面肖特基势垒也会对分开光壁对光响应的贡献可忽略，这样铁电薄膜中缺陷对生载流子起到显著作用]。2009年Yang等lg]认光响应的影响就被突显出来。为真正分开光生空穴一电子对作用的是畴璧处的静1实验部分电场，最近Ji等[2]在实验中观察到缺陷对分开光生载流子会起到不可忽