钙钛矿氧化物横向光电效应和铁电二极管的理论研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:petry1989
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对钙钛矿氧化物物理特性的研究不仅有重要的科学意义,还有潜在的应用前景。本论文主要包括两方面工作。一方面,我们通过自洽求解二维含时漂移扩散模型,对钙钛矿氧化物薄膜中发现的反常横向光电效应进行了理论研究。另一方面,我们考虑了金属的不完全屏蔽效应发展了一个自洽模型,这个模型可以定量的描述铁电二极管中发现的可反转二极管效应,通过数值计算我们理论研究了各个物理参数对铁电二极管物理特性的影响。本论文的主要内容和结论如下:   1.我们自洽求解了二维含时漂移扩散模型,理论研究了钙钛矿氧化物p-n异质结中发现的反常横向光电效应。我们的计算结果表明光照强度是决定传统横向光电效应和反常横向光电效应的重要因素。我们进一步研究了异质结比块材横向光电效应增强一个量级的两个机制:由于p型材料会比n型材料产生更强的漂移电场,因此p型材料中的横向光电效应会比n型材料中的横向光电效应要强。机制之二是,通过自洽计算发现,异质结中的内建电场会增强横向光电效应,也就是说异质结界面对横向光电效应增强起着重要作用。另外,自洽计算结果表明电子空穴迁移率大的材料的Dember效应更强。   2.我们考虑了金属电极的不完全屏蔽效应并引入合适的界面条件,发展了一套求解铁电二极管电输运特性的自洽数值方法。计算得到的I-V曲线与实验数据符合很好,从而证明了这个方法可以用来定量描述铁电二极管的电输运特性。理论上揭示了铁电极化可以调控金属.铁电体界面势垒高度的变化,这是导致可反转二极管效应的主要机制。计算结果表明,金属介电常数(晶格离子和束缚电子贡献的部分)对可反转二极管效应起着重要的作用,选用介电常数小的电极材料,更有利于得到更显著的可反转二极管效应。此外,我们计算了铁电薄膜的几个重要参量,比如掺杂浓度、介电常数和厚度,对铁电二极管能带、载流子浓度分布、I-V特性和开关比的影响。随着铁电薄膜掺杂浓度、介电常数和厚度的变大,铁电二极管的开关比都会变小。
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