光伏效應(yīng)引起的電阻態(tài)變化

趙一嘉

摘 要 鑭錳氧化合物的光電阻特性受到越來越多的關(guān)注，采用脈沖激光沉積法制備了相關(guān)樣品，之后通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光照會使以鈦酸鍶為襯底的鑭鍶錳氧材料的電阻明顯降低，在不加光照改變鑭錳氧和鈦酸鍶間門電壓時，材料的電阻特性不發(fā)生改變，而在加光照改變電壓時，材料的電阻會隨電壓的改變發(fā)生變化；材料的電阻發(fā)生變化的情況與電壓強(qiáng)度的大小有關(guān)。

關(guān)鍵詞 光伏效應(yīng) 阻態(tài) 鑭錳氧

引言：鑭錳氧（LaMnO3）具有有趣的物理特性，它們已被廣泛的用來研究，脈沖激光沉積法制備相應(yīng)樣品后，在光照，電壓等條件的改變下，LMO/STO材料的電阻會有不同的電阻阻態(tài)，通過對這些條件和對應(yīng)阻態(tài)的研究可以精確的找到外部條件和阻態(tài)變化的關(guān)系，這一研究成果在電子原件和電子原件的材料的應(yīng)用有重要意義[1]。

LMO/STO樣品光伏電阻開關(guān)效應(yīng)

通過脈沖激光沉積法制得了樣品如圖1所示，之后采用我們采用超聲壓焊的方法，將樣品電極與線路板相連并接在2400表和2410表上，之后在激光器上安裝光闌，調(diào)整了出射光斑的口徑，使得激光功率為30mW，照在特定區(qū)域上使用兩點(diǎn)法對樣品的伏安特性以及電阻進(jìn)行測量[1]。

過程一：無光照射LMO的情況下，在樣品的1-3電極加5V的電壓，在2-4間交替加正負(fù)100V的門電壓，材料的電阻由1.05*10^5KΩ緩慢上升至1.17*10^5KΩ（此過程由于溫度變化，電阻緩慢上升），之后390ms時門電壓改為-100V，500ms時0V，590ms時+100V，1-3電阻均未出現(xiàn)明顯的變化，整個過程中電阻的阻值維持在1.17*10^5KΩ左右，再重復(fù)上述過程電阻同樣在1.17*10^5KΩ左右，可認(rèn)為無光照條件下，材料1-3間電阻不隨門電壓改變而發(fā)生變化。

過程二：用30mw的激光照射鑭錳氧，1-3間仍然加5V電壓，后在2-4間加門電壓，可發(fā)現(xiàn)在2-4間不加電壓的情況下材料的電阻（4.7*10^4KΩ）明顯小于不加光照的情況，經(jīng)過幾次門門電壓調(diào)整，在900ms時電阻才達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)（5.5*10^4KΩ），1100ms門電壓改為-100V，此時材料電阻迅速升高至6.8*10^4KΩ，50ms的時間內(nèi)，材料1-3電極之間的電阻上升至7.4*10^4KΩ，之后緩慢地減小至7.2*10^4KΩ，在1400ms時將門電壓調(diào)為0V，電阻阻值迅速下降至5.5*10^4KΩ，之后電阻緩慢地上升至于6*10^4KΩ，1500ms再次加+100V的門電壓，電阻迅速下降到5*10^4KΩ，350ms后材料的電阻緩慢上升至5.9*10^4KΩ，該過程電阻波動非常小，可到材料的電阻變化情趨勢。

在1850ms時，將2-4間門電壓調(diào)整為0V，2000ms時-100V，2400ms時0V，2550ms時+100V，門電壓由0--100V-0-+100V的過程材料的電阻變化趨勢與第一次一致，但由于溫度影響，阻值會較偏高。

在2950ms時門電壓改為0V，3050ms時-100V，3500ms時0V，3700ms時+100V，在整個第三次門電壓由0--100V-0-+100V的過程與前兩次的電阻變化趨勢一致，但是電阻的阻值卻偏高?？梢钥闯鲈陔妷鹤兓瘯r樣品中會有一個弛豫過程，并且只有當(dāng)門電壓為-100V時電阻才會有較明顯的增大現(xiàn)象，整個過程二圖像如圖2所示：

過程三：在30mw的激光照射鑭錳氧的情況下，1-3間仍然加5V的電壓，之后在2-4間加正負(fù)交替的門電壓，可以發(fā)現(xiàn)在2-4間不加電壓的情況下材料的電阻為8*10^4KΩ，仍然小于不加光照的情況，之后緩慢下降至6*10^4KΩ，300ms加-200V電壓，電阻跳躍式迅速下降至2.5*10^4KΩ，450ms時將門電壓改為0V，此時，電阻值上升，50ms后回到初始值，大約為6.4*10^4KΩ，維持此狀態(tài)80ms左右；580ms改變門電壓為+200V，材料的電阻下降至3*10^4KΩ（這個地方與過程五中加正負(fù)100V的情況不相同），之后緩慢上升至4*10^4KΩ（此時為700ms）。

700ms電壓改為0V，800ms時加-200V的門電壓，880ms時改變門電壓為0，在980ms再將門電壓改為+200V，電阻同之前加0- -200V- 0-+200V的過程電壓時總體趨勢相同，在加-200V和+200V門電壓時均出現(xiàn)跳躍性降低，并有一定的上升傾向。1250ms時加換門電壓為0V，電阻值穩(wěn)定在6*10^4KΩ，在1450ns時加電壓-200V，電阻降低，整個過程電阻變化如圖3。

通過對比過程一，與過程二，三和圖2，3，可得如下結(jié)論：

對鑭錳氧上加光照，材料的電阻變小，加光照改變電壓時，材料的電阻也會隨電壓的改變而改變；電阻發(fā)生變化的過程與電壓大小有關(guān)，在電壓變化范圍在正負(fù)100V時，-100V的電壓會使得阻態(tài)升高，+100V電壓阻態(tài)先降低，之后會回到原阻態(tài)，整個過程可逆，在正負(fù)200V電壓的情況下，-200V和+200V觀察到阻態(tài)均降低，表明不同的電壓對LMO/STO樣品影響不同，與鑭錳氧和鈦酸鍶間的氧空位有關(guān)，電壓偏大時會導(dǎo)致氧空位產(chǎn)生相關(guān)運(yùn)動使材料的電阻特性與電壓較小時不同。[2]

[1] Mariana Ungureanu. A Light-Controlled Resistive Switching Memory[J]. MaterialsViews，2012，

24 2496-2500

[2] Y.Lei，Y.Li. Visible-light-enhanced gating effect at the LaAlO3/SrTiO3 interface[J]. Nature Communications， 2014，10.1038.