光伏效應引起的電阻態變化

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注，采用脈沖激光沉積法制備了相關樣品，之后通過實驗發現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生變化；材料的電阻發生變化的情況與電壓強度的大小有關。

關鍵詞 光伏效應 阻態 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，通過對這些條件和對應阻態的研究可以精確的找到外部條件和阻態變化的關系，這一研究成果在電子原件和電子原件的材料的應用有重要意義[1]。

LMO/STO樣品光伏電阻開關效應

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，調整了出射光斑的口徑，使得激光功率為30mW，照在特定區域上使用兩點法對樣品的伏安特性以及電阻進行測量[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，再重復上述過程電阻同樣在1.17*10^5KΩ左右，可認為無光照條件下，材料1-3間電阻不隨門電壓改變而發生變化。

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，可發現在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，經過幾次門門電壓調整，在900ms時電阻才達到穩定狀態（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，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，并且只有當門電壓為-100V時電阻才會有較明顯的增大現象，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間加正負交替的門電壓，可以發現在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；電阻發生變化的過程與電壓大小有關，在電壓變化范圍在正負100V時，-100V的電壓會使得阻態升高，+100V電壓阻態先降低，之后會回到原阻態，整個過程可逆，在正負200V電壓的情況下，-200V和+200V觀察到阻態均降低，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，電壓偏大時會導致氧空位產生相關運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.