中国光学十大进展-中国光学期刊网

2010中国光学：倾斜生长锰酸盐薄膜光生伏特效应的电场调制

2011-05-30

油气资源是关系国家现代化建设和****的重要战略资源，信息采集特别是石油、石化领域的传感与探测技术相对薄弱，已经成为制约石油、石化产业发展的瓶颈。油田的海量数据传输要求探测器具有快速响应的特点，同时油井的特殊环境要求探测器不仅可以在高温下运行，而且要经受高压和强酸强碱的考验。类钙钛矿氧化物不仅化学性能稳定、耐腐蚀、耐高温，而且具有超快光电响应特性，因此在油气安防、井下检测和石油勘探等领域具有重要的应用。

近年来，针对油气探测与安防领域的重大需求，中国石油大学（北京）赵昆教授等（Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 044104）致力于类钙钛矿氧化物单晶和薄膜的光电效应以及量子调控特性研究，开发了具有自主知识产权的耐高温、耐高压、耐腐蚀的非制冷、宽光谱和超快响应光电探测器。
由于电子之间的强关联效应，类钙钛矿氧化物中存在着电荷序、轨道序、自旋序的相互竞争和相互影响，光激发方法不仅可以影响体系的电荷结构、改变载流子浓度，而且还能引起体系中载流子自旋态的改变。他们的前期工作表明，在脉冲激光辐照下，具有斜切倾角的商业级Nb:SrTiO3(NSTO)单晶的半高宽响应时间（670 ps）比没有斜切倾角的NSTO 单晶（21.2 ns）快几十倍。因此，通过表面修饰可以有效地提高类钙钛矿氧化物光电探测器的响应时间。

为了提高类钙钛矿氧化物光电探测器的灵敏度，在倾斜生长的锰酸盐氧化物单晶薄膜上施加了外部偏压，使248 nm、脉宽20 ps脉冲激光辐照下的光电压与光电流灵敏度分别由-20 V 时的0.295 V/mJ和0.174 A/mJ调制到20 V 时的0.786 V/mJ和0.314 A/mJ，并基于界面台阶结构建立了锰酸盐氧化物薄膜光电效应的电子扩散漂移模型，如图所示。该项研究为新材料的人工设计与调控以及新型光电功能器件的开发提供了发展空间。