[發(fā)明專利]一種基于鈦酸鉍基鐵電薄膜的光驅(qū)動(dòng)邏輯器及其應(yīng)用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910243212.5
• 申請(qǐng)日: 2019-03-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109970358B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何泓材;張青;趙強(qiáng);任靜;郭甜;何偉;徐飛;陳昱锜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C03C17/34
• 分類號(hào): C03C17/34
• 代理公司: 成都希盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51226
• 代理人: 陳澤斌;楊冬

本發(fā)明涉及一種邏輯器件，其公開(kāi)了一種基于鈦酸鉍基鐵電薄膜的光驅(qū)動(dòng)邏輯器及其應(yīng)用方法，解決傳統(tǒng)光驅(qū)動(dòng)邏輯器件只能應(yīng)用于流體體系，而限制了其應(yīng)用環(huán)境的問(wèn)題。該光驅(qū)動(dòng)邏輯器包括雙面透明導(dǎo)電基片以及制備在所述雙面透明導(dǎo)電基片兩側(cè)的BIT薄膜，兩側(cè)的BIT薄膜串聯(lián)作為光驅(qū)動(dòng)邏輯器的輸出。相比于傳統(tǒng)的光驅(qū)動(dòng)邏輯器材料體系，其具有全固態(tài)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，可解決現(xiàn)在光驅(qū)動(dòng)邏輯器件只能應(yīng)用于流體體系的問(wèn)題,將具有更好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種邏輯器件，具體涉及一種基于鈦酸鉍基鐵電薄膜的光驅(qū)動(dòng)邏輯器及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

鐵電材料由于其獨(dú)特的性質(zhì)，如壓電、鐵電、熱電等優(yōu)異性能，在超聲波傳感器、紅外光探測(cè)和熱釋電探測(cè)器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為國(guó)際上新型功能材料研究熱點(diǎn)之一。早在1956年，首次在BaTiO3鐵電陶瓷中發(fā)現(xiàn)了鐵電材料的光伏效應(yīng)，從此，鐵電光伏材料受到了越來(lái)越多的關(guān)注。緊接著，研究人員在鐵電陶瓷材料如PZT和LiNbO3中發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)。隨著薄膜電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鐵電光伏效應(yīng)的研究已進(jìn)入薄膜時(shí)代。PZT和BiFeO3等鐵電薄膜的光電響應(yīng)成為了關(guān)注的熱點(diǎn)，在基本機(jī)理方面也取得了很大進(jìn)展。然而，前者中含有鉛，鉛有高毒性會(huì)對(duì)人體和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞和污染。后者由于可以吸收帶隙寬度(2.7eV)的可見(jiàn)光，引起了研究人員的關(guān)注。但BiFeO3不僅具有鐵電性，而且具有反鐵磁性和弱鐵磁性，這增加了鐵電材料光伏效應(yīng)研究的復(fù)雜性。因此，如何進(jìn)一步深入研究鐵電光伏效應(yīng)機(jī)理以及顯著提高這一效應(yīng)成為這一方向亟待解決的問(wèn)題，嘗試開(kāi)發(fā)同時(shí)具有良好鐵電性和合適禁帶寬度的新材料體系是鐵電光伏研究拓展的必然選擇。

在鐵電材料中，除了以PZT和BiFeO3為代表的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)以外，以Bi₄Ti₃O₁₂(BIT)為代表的鉍層狀結(jié)構(gòu)的鐵電氧化物也是非常重要的一大類，其光學(xué)帶隙能量報(bào)告在3.1和3.6eV之間。Bi4Ti3O12作為奧氏體化合物家族的一員，具有高度各向異性的單斜晶(偽正交晶，a＝0.545nm，b＝0.5406nm，c＝3.2832nm)，由類螢石結(jié)構(gòu)的鉍氧(Bi₂O₂)^2-層和類鈣鈦礦(Bi₂Ti₃O₁₀)²⁺層交替排列。此外，BIT由于其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和高居里溫度而引起極大的關(guān)注。

針對(duì)BIT的研究初步表明，BIT能夠在太陽(yáng)光甚至可見(jiàn)光的照射下產(chǎn)生明顯的光生電荷，并能夠在鐵電極化內(nèi)建電場(chǎng)的作用下實(shí)現(xiàn)有效分離。明顯的光生電荷及其有效分離也就暗示著B(niǎo)IT具有良好的光電效應(yīng)。可以通過(guò)外加電場(chǎng)和鐵電極化的調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光電流響應(yīng)大小及方向的調(diào)控。這就為我們展現(xiàn)了基于鐵電薄膜的光驅(qū)動(dòng)邏輯器件原理上的可行性。

光驅(qū)動(dòng)邏輯器是構(gòu)建在材料的光電開(kāi)關(guān)效應(yīng)的基礎(chǔ)上，即通過(guò)操作不同能量的光子實(shí)現(xiàn)材料中光電流方向的變化，然后對(duì)不同方向的光電流信號(hào)進(jìn)行編碼并以此來(lái)進(jìn)行邏輯運(yùn)算以及信息處理和傳輸?shù)囊活惼骷?。隨著光電信息科學(xué)的發(fā)展，關(guān)于光驅(qū)動(dòng)邏輯器件的研究引起許多科技工作者的興趣。如Gabriel Loget等人在利用p-SiH/Pt雙極電化學(xué)體系在實(shí)現(xiàn)光解水的同時(shí)，構(gòu)建了性能穩(wěn)定的“與門”和“非門”器件。Longwei Ding等人將石墨烯和SnO2進(jìn)行復(fù)合，發(fā)現(xiàn)了一種新的負(fù)光電導(dǎo)現(xiàn)象，并以此構(gòu)建了光驅(qū)動(dòng)“或非門”器件。

但是，由于這些體系都是以雙電極電化學(xué)為基礎(chǔ)，需要液體的參與，即只能應(yīng)用于流體體系，這極大的限制了其應(yīng)用環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提出一種基于鈦酸鉍基鐵電薄膜的光驅(qū)動(dòng)邏輯器及其應(yīng)用方法，解決傳統(tǒng)光驅(qū)動(dòng)邏輯器件只能應(yīng)用于流體體系，而限制了其應(yīng)用環(huán)境的問(wèn)題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：

一種基于鈦酸鉍基鐵電薄膜的光驅(qū)動(dòng)邏輯器，包括雙面透明導(dǎo)電基片以及制備在所述雙面透明導(dǎo)電基片兩側(cè)的BIT薄膜，兩側(cè)的BIT薄膜串聯(lián)作為光驅(qū)動(dòng)邏輯器的輸出。