多铁性材料BiFeO3及YMnO3薄膜的光电特性研究

多铁性材料由于其同时具有铁磁、铁电或铁弹以及独特的磁电耦合特性，成为凝聚态物理研究领域的热点之一，在信息存储、自旋电子学以及传感器等方面具有诱人的应用前景。近两年来，多铁材料BiFeO3的光电特性引起了人们的广泛关注，许多问题有待于深入研究和探索。本项目拟选取两种典型的多铁材料BiFeO3和YMnO3为研究对象，利用磁控溅射和激光分子束外延技术制备高质量的外延薄膜，探索薄膜光电产生的物理机制，进一步明确铁电极化和电极界面势垒在光生载流子传递、分离和收集过程中的作用，并研究薄膜的晶体学取向、厚度、掺杂以及辐照光的偏振对其光电特性的影响，揭示其内禀规律，从而为进一步优化探测器结构，提高光电探测效率提供实验依据。通过本课题的研究，期望能为进一步理解多铁材料的光电起源做出有益的探索和贡献，为多铁材料在光伏、光电探测领域的实际应用打下基础。

本项目按照预期计划实施，基本完成了预期目标。主要取得的成果有：1.研究了Sb 掺杂对BiFeO3结构和铁电特性的影响规律。实验发现当Sb掺杂为0.02时，BiFeO3的漏电流降低，得到了比较好的电滞回线。2.我们通过射频磁控溅射在LaAlO3衬底上制备了BiFeO3薄膜，研究了溅射功率、溅射时间、溅射气压和氧环境对薄膜结构的影响。在此基础上制备了Pt/BFO/LNO/LAO三明治结构，获得了较好的饱和极化强度，饱和极化强度达到40 uC/cm2。3.利用磁控溅射技术制备了LaNiO3薄膜，研究了制备参数，如温度、气压、气氛、退火、时间等因素对薄膜导电性和结构的影响，最终找到了最优化的条件，在较低的制备温度（200C）下薄膜的电阻率达到了3.9×10-4 欧姆厘米。4. 在不同取向的LaAlO3和SrTiO3衬底上制备了不同厚度的BiFeO3薄膜，制备了平面光电导器件，研究了薄膜的光电特性的物理机制。实验发现，可翻转的短路光电流、开路光电压以及非线性的电流-电压关系是氧空位的定向移动、铁电体内的退极化场及电极界面处的肖特基势垒共同作用的结果。在此基础上，我们还研究了BFO光电导器件的光谱响应和时间响应，在零偏压下，在365nm处光电流灵敏度达到0.15mA/W，能量转换效率达到5.1*10-2%。我们还可以进一步通过增加偏压来提高它的灵敏度。在355纳米的YAG脉冲激光辐照下，探测器的响应信号也是非常快速的，其上升沿只有11纳秒，下降沿为23纳秒。5. 我们还研究了水热法制备BiFeO3多晶颗粒的光催化性能，研究了表面活性剂、溶剂、掺杂及贵金属修饰对其光催化性能的影响。6.我们利用磁控溅射制备了YMnO3薄膜，优化了生长的条件，在SrTiO3衬底上获得了单晶的外延YMnO3，并制备了光电导器件，初步研究了室温下的光电响应特性。