BiFeO3外延薄膜的可反转二极管特性和铁电电致电阻研究

BiFeO3(BFO)作为室温单相多铁性材料，不但具有优越的铁电性，以及电、磁、应变之间的耦合特性，最近又发现了BFO具有与铁电极化相关的可反转二极管整流特性。可反转二极管特性伴随着很大的电阻转变，在逻辑和存储器件等领域有重要的应用前景，该特性与BFO的半导体特性、铁电极化、以及其电极界面的势垒等因素相关，具体的物理机制还不清楚。该项目将重点研究BFO外延薄膜的可反转二极管特性和铁电电致电阻效应，以及铁电极化对半导体特性的调控机制。利用激光分子束外延设备，通过生长条件调控BFO外延薄膜的微结构和半导体特性，研究薄膜中的氧缺位、载流子类型和浓度、电极材料的功函数、外场、应变、相结构等参数对BFO外延薄膜相关特性的影响，结合计算模拟，分析实验结果，目标是阐明可反转二级管特性和铁电电致电阻的物理机制，实现人工调控BFO外延薄膜的导电特性，为设计新型功能器件提供物理和材料基础。

BiFeO3(BFO)作为室温单相多铁性材料，不但具有优越的铁电性，以及光、电、磁、应变之间的耦合特性，是研发新型多铁性功能器件的首选材料。我们利用激光分子束外延技术，在具有原子台阶的STO单晶衬底上，成功地制备了多种BFO外延薄膜和异质结。在多种结构的BFO外延薄膜上观察到与铁电极化相关的可反转二极管整流特性，研究表明该特性与BFO的半导体特性、铁电极化、以及其电极界面的势垒等因素相关，最后分析阐述了铁电极化反转控制的可反转二级管特性和铁电电致电阻的物理机制。此外，本项目研究了室温下电、光双场对BiFeO3薄膜电阻阻变特性的调控，围绕BiFeO3薄膜的光电、磁学、电学以及电光耦合等特性展开了系统研究，对相关物理现象和机制经行了分析讨论。