[發(fā)明專利]一種利用鐵電性和壓電光電子學(xué)效應(yīng)提高BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)光電性能的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010619045.2
• 申請(qǐng)日: 2020-07-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111725337A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭海務(wù);張遠(yuǎn)征;蔣俊華;丁震宇;張亞菊;種櫸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/0336
• 分類號(hào): H01L31/0336;H01L31/072;H01L31/18;B82Y10/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州豫乾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41161
• 代理人: 李保平

一種利用鐵電性和壓電光電子學(xué)效應(yīng)提高BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)光電性能的方法，涉及鐵電半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)器件領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)器件施加脈沖偏壓，調(diào)用BLFO鐵電性，BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)器件調(diào)用BLFO的鐵電性后，對(duì)BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)器件施加壓應(yīng)變引入壓電光電子學(xué)效應(yīng)，達(dá)到同時(shí)調(diào)用鐵電性和壓電光電子學(xué)效應(yīng)的目的，以增強(qiáng)載流子的總驅(qū)動(dòng)力，本發(fā)明采用溶膠?凝膠法和水熱法制備了BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)器件，研究了壓電光電子學(xué)效應(yīng)和鐵電效應(yīng)對(duì)其光伏特性的影響，利用壓電光電子學(xué)效應(yīng)調(diào)制載流子輸運(yùn)行為，顯著改善了BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)器件的開(kāi)路電壓和短路電流，在壓應(yīng)變的基礎(chǔ)上引入外電場(chǎng)極化，調(diào)用壓電光電子學(xué)效應(yīng)和鐵電性，調(diào)制異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)和載流子的總驅(qū)動(dòng)力，從而提高了異質(zhì)結(jié)的光電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鐵電半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)器件領(lǐng)域，具體涉及一種利用鐵電性和壓電光電子學(xué)效應(yīng)提高BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)光電性能的方法。

背景技術(shù)

近幾十年來(lái)，全球變暖形勢(shì)和能源危機(jī)日益嚴(yán)峻。大量研究致力于探索綠色可再生能源。鐵電材料中的光電能量轉(zhuǎn)換是在30多年前提出的，由于它可以通過(guò)光電效應(yīng)將光直接轉(zhuǎn)換成電，因此引起了人們的極大興趣。光伏效應(yīng)通常涉及兩個(gè)基本過(guò)程。首先，該器件吸收入射光子激發(fā)電子-空穴對(duì)產(chǎn)生光生載流子。隨后，光電器件內(nèi)的驅(qū)動(dòng)力將載流子傳送至電極。在鐵電材料中，退極化場(chǎng)通常被認(rèn)為是電荷載流子的驅(qū)動(dòng)力。穩(wěn)定有力的驅(qū)動(dòng)力是決定光電器件光伏性能的關(guān)鍵因素。在鐵電材料中，BiFeO₃(BFO)由于其可見(jiàn)的光伏效應(yīng)、室溫下的多鐵性以及相關(guān)的潛在應(yīng)用，在過(guò)去的幾十年里引起了廣泛的關(guān)注。考慮到BFO的制備成本和工藝條件，目前關(guān)于化學(xué)溶液沉積法制備BFO薄膜的報(bào)道較多，因?yàn)檫@種方法可以精確控制化學(xué)成分，這更有利于制備具有優(yōu)良鐵電性能的高質(zhì)量BFO基鐵電薄膜。到目前為止，關(guān)于BFO的研究主要集中在多鐵性和光伏特性方面，這限制了BFO的應(yīng)用。因此，探索鐵電與其它研究領(lǐng)域耦合，對(duì)于設(shè)計(jì)和研究具有前所未有功能特性的新型光電器件具有重要意義。

壓電光電子學(xué)效應(yīng)作為一種新興的半導(dǎo)體、壓電和光激發(fā)特性耦合技術(shù)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)載流子的輸運(yùn)過(guò)程來(lái)調(diào)節(jié)光電器件的性能，從而開(kāi)辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。許多報(bào)道通過(guò)在壓電半導(dǎo)體中施加應(yīng)變，有效地調(diào)節(jié)了異質(zhì)結(jié)器件界面電荷載流子的分離和輸運(yùn)，證實(shí)了應(yīng)變誘導(dǎo)壓電勢(shì)對(duì)光電器件的巨大潛力。壓電光電子學(xué)效應(yīng)是在不改變器件材料和結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)施加靜態(tài)機(jī)械應(yīng)變而激發(fā)的。因此，一維納米材料具有良好的機(jī)械耐久性而非常適合壓電光電子學(xué)效應(yīng)的研究。氧化鋅作為一種壓電半導(dǎo)體材料，由于其成熟的制備工藝和多功能材料特性，在壓電光電子學(xué)效應(yīng)、傳感器、納米電子學(xué)、能量采集等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，壓電光電子學(xué)效應(yīng)已廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、光電探測(cè)器、光催化、神經(jīng)形態(tài)計(jì)算、二維材料等許多領(lǐng)域。然而，壓電光電子學(xué)效應(yīng)與鐵電性耦合機(jī)理的研究卻很少，因此，研究它們之間的協(xié)同效應(yīng)對(duì)于拓寬壓電光電子學(xué)效應(yīng)的應(yīng)用范圍具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種利用鐵電性和壓電光電子學(xué)效應(yīng)提高BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)光電性能的方法。

技術(shù)方案為：通過(guò)對(duì)BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)器件施加脈沖偏壓，調(diào)用BLFO鐵電性，BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)器件調(diào)用BLFO的鐵電性后，對(duì)BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)器件施加壓應(yīng)變引入壓電光電子學(xué)效應(yīng)，達(dá)到同時(shí)調(diào)用鐵電性和壓電光電子學(xué)效應(yīng)的目的，以增強(qiáng)載流子的總驅(qū)動(dòng)力，并測(cè)試BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)的光電性能，其中，所述BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)器件采用BLFO鐵電薄膜和ZnO納米線陣列形成，BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)器件的上電極是通過(guò)磁控濺射制備的ITO電極，BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)器件利用鹽酸擦拭除去ZnO，利用氫氟酸在BLFO/ZnO異質(zhì)結(jié)器件上擦拭除去BLFO，露出的FTO做為下電極，再利用銀漿和銅導(dǎo)線引出電極。