《外延BaTiO3薄膜的導電性能調控及電荷輸運機制研究》是依託華南師範大學，由陸旭兵擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：外延BaTiO3薄膜的導電性能調控及電荷輸運機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陸旭兵
- 依託單位：華南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
對傳統絕緣鐵電氧化物的導電和電荷輸運行為的研究，是當前鐵電材料研究領域中具有豐富物理內涵和廣泛套用前景的前沿課題。學術界對具有理想原子化學配比的絕緣鈦酸鋇(BaTiO3) (BTO)的鐵電和介電特性已進行了系統研究，而對BTO薄膜的導電行為及電荷輸運機制的認識還有待深入。項目擬對外延BTO薄膜的導電行為進行調控，揭示影響BTO薄膜導電行為的電荷輸運機制。主要研究內容包括:（1）外延BTO薄膜的高質量生長及微結構表征；（2）BTO薄膜中的物理(微結構缺陷)和化學缺陷（雜質離子、氧空位和陽離子空位）對其導電性能和電荷輸運機制的影響；（3）鐵電極化對BTO薄膜的導電和電荷輸運的影響機制。本項目將實現BTO薄膜在絕緣體-半導體-金屬導電性能間的可靠調控；系統闡釋BTO薄膜的電荷輸運行為，揭示影響導電BTO薄膜電荷輸運的微觀物理機制，為拓展BTO薄膜在新型阻變和光伏能源器件中的套用提供理論和實驗積累。
結題摘要
傳統意義上的鐵電氧化物是良好的絕緣體，過去的研究基本上以其鐵電性、介電性、壓電性展開，而對鐵電材料的導電特性，人們關注和了解得甚少。事實上，具有導電特性的鐵電氧化物材料，不僅具有豐富的物理內涵，而且在光伏、阻變存儲等方向具有廣闊的套用前景。是當前鐵電材料研究領域一個熱門的研究課題。 本項目開展了對外延鈦酸鋇(BaTiO3 BTO)薄膜的導電和電荷輸運行為，電荷輸運機理、鐵電性與導電性共存、鐵電極化調控導電性等方面的研究。我們採用脈衝雷射沉積方法，實現了BTO薄膜的高質量外延生長，並對其微結構進行了系統表征；通過輸運測試，系統研究了BTO薄膜的外延生長溫度(調控其微結構缺陷)、氧空位濃度、不同的Nb和La摻雜濃度、Ba/Ti陽離子空位以及不同襯底對BTO薄膜的導電和電荷輸運的影響，實現了其導電性在絕緣-半導體-金屬導電之間的可靠調控；揭示了上述各種摻雜情況和不同溫度區間的電荷輸運機制；揭示了鐵電極化對電荷輸運的影響並對其BTO薄膜的阻變行為進行了研究。尤為重要的是，本項目揭示了巨觀的金屬導電和微觀的鐵電極化在同一La-BTO薄膜中獲得，為鐵電性和金屬性共存這一具有挑戰性的理論提供了強有力的實驗證據。 本項目的工作，對於理解鈣鈦礦氧化物中複雜的導電和電荷輸運機制，拓展鐵電氧化物薄膜在未來新型阻變存儲器件和光伏能源器件中的套用，提供了非常好的理論積累和實驗積累。
