皮秒光电效应.docVIP

La0.7Sr0.3MnO3/Si PN结上的皮秒光电特性 La0.7Sr0.3MnO3/Si PN结被发现具有超快光电效应，利用激光分子束外延技术制备。当这个PN结被1064nm的激光脉冲照射25ps时，光纸电压脉冲的上升时间是210ps，半带宽为650ps。对1064nm激光脉冲，光致电压灵敏度高达435 mV/mJ。而这是使用10.6um的CO2激光脉冲照射时没有观察到的。结果显示，这种现象是一种超快光电效应。 最近，人们投入了很多努力去探索量子的功能性质和验证基于锰氧化物的新型设备和概念。Tanaka等人报道了La0.9Ba0.1MnO3 /Nb-doped SrTiO3 PN结的双交换铁磁性的电调制。Mitra等人发现了La0.7Ca0.3MnO3 /SrTiO3/La0.7Ce0.3MnO3隧道结的大正向磁阻性。我们已经研究了其他氧化物自动控制原子氧化膜的制备技术，并发现了电流和电压的调制效应，掺Sr的 LaMnO3与掺 Nb的 SrTiO3 PN结的大正向磁阻效应，和多层PN的异质结构La1?xCaxMnO3薄膜15ps时，在薄膜上会产生激光诱导的半带宽为2us的光热电压脉冲。Sun等人发现当采用532nm的激光脉冲照射在La0.29Pr0.38Ca0.33MnO3 /SrNb0.005Ti0.995O3结薄膜10ns时，在PN结上会产生半带宽为8ms的光致电压脉冲。据报道，在Si衬底上外延沉淀，能够结合硅电子，几种绝缘氧化膜如SrTiO3, BaTiO3，铁电薄膜Bi3.25La0.75TiO12的功能特性。本文中，我们研究了激光分子束外延技术和La0.7Sr0.3MnO3/Si PN结的超快光电效应。当LSMO薄膜被1064nm的激光脉冲照射25ps时，光纸电压脉冲的上升时间是210ps，半带宽为650ps。 为了形成一个具有氧化物和硅半导体的功能特性的PN结，我们选择LSMO作为P型材料，电阻系数为4 Ω cm的Si晶片作为N型基底。LSMO单元格绕着Si晶片表面的正常轴旋转45度时，他们之间的点阵不匹配很小。通过计算机控制激光器制备LSMO薄膜。在沉淀薄膜之前，按照依次用酒精，丙酮和去离子水Pa，采用XeCL激发物聚焦激光光束照射热压LSMO。在室温下，最初3个单位的LSMO薄膜沉淀在Si基底表面，阻止了非晶SiO2层LSMO开始薄膜沉淀之前，Si基底在压力为1*10-5Pa时，被提高到620）C。采用原位反射高能电子衍射系统和CCD监测LSMO薄膜的生长过程。当对初始的LSMO薄膜加温至620）C ，并热退火处理后，LSMO薄膜上会出现12A厚度的RHEED条纹。继续沉淀LSMO薄膜，并向室内加入O活性源，保持气压为3*10-2Pa。通过测量，我们沉淀的LSMO薄膜样品厚度在300-600 nm范围内。最后，采用RHEED系统测试了该LSMO薄膜结晶，利用X -射线衍射分析了它的特点。 400nm的LSMO薄膜的RHEED形式如图1所示。明显的条纹形式表明LSMO薄膜具有良好的晶体结构和表面光滑度。图1所示的是400nm的LSMO薄膜在Si基底上的一个典型的XRD模式。除了LSMO和Si的衍射峰以外，没有来自于杂质相位或者取向晶粒的峰值，这表明LSMO薄膜的取向为C轴。 为了测量PN结的光电特性，LSMO/Si样品被切成了5*6 mm2 and 2*2 mm2两块。In电极被放置在LSMO薄膜的表面，Si作为基底，如图2, 3, 4所示。为了测量光电特性，In电极被放置在SMO薄膜的顶角处。 通过脉冲调制电流源，测量了在室温下LSMO/Si PN结的I-V特性，如图2所示。PN结显示了良好的I-V非线性性和整流特性。 我们进一步采用了带宽为25ps的1064nm的Nd:YAG激光器和10.6um的CO2脉冲光源研究了5*6 mm2 的LSMO/Si PN结的光电特性，测试得到在环境温度下，晶体振荡的上升时间为130ps。观测了当脉冲激光照射LSMO薄膜表面时，PN结的两电极间的开路光电压。最显著的结果就是ps超快光电效应。图3显示了当采用1064nm的脉冲激光辐照时产生的典型的光致电压脉冲时间。测量得到光致电压脉冲的上升时间为10ns左右，半带宽为12us左右。图中可以看到光电压脉冲信号在开始端迅速上升，之后缓慢衰减。当把0.2Ω与PN结并联时，上升时间戏剧化地降低到了210ps，脉冲半带宽也降低到了650ps，如图4所示，很明显可以看出，图4的半带宽比图3所示的半带宽短很多。文献8报道了图4的半带宽比2us窄4个数量级，文献9报道的半带宽比8ms窄7个数量级。 影响光电效应的上升时间和半带宽的因素主要有两个。一个是PN结与LSMO薄膜的接口处必须良好，因为接口处或者材料的缺陷会影响非平衡载流子的产生和