光伏效应引起的电阻态变化

赵一嘉

摘 要 镧锰氧化合物的光电阻特性受到越来越多的关注，采用脉冲激光沉积法制备了相关样品，之后通过实验发现光照会使以钛酸锶为衬底的镧锶锰氧材料的电阻明显降低，在不加光照改变镧锰氧和钛酸锶间门电压时，材料的电阻特性不发生改变，而在加光照改变电压时，材料的电阻会随电压的改变发生变化；材料的电阻发生变化的情况与电压强度的大小有关。

关键词 光伏效应 阻态 镧锰氧

引言：镧锰氧（LaMnO3）具有有趣的物理特性，它们已被广泛的用来研究，脉冲激光沉积法制备相应样品后，在光照，电压等条件的改变下，LMO/STO材料的电阻会有不同的电阻阻态，通过对这些条件和对应阻态的研究可以精确的找到外部条件和阻态变化的关系，这一研究成果在电子原件和电子原件的材料的应用有重要意义[1]。

LMO/STO样品光伏电阻开关效应

通过脉冲激光沉积法制得了样品如图1所示，之后采用我们采用超声压焊的方法，将样品电极与线路板相连并接在2400表和2410表上，之后在激光器上安装光阑，调整了出射光斑的口径，使得激光功率为30mW，照在特定区域上使用两点法对样品的伏安特性以及电阻进行测量[1]。

过程一：无光照射LMO的情况下，在样品的1-3电极加5V的电压，在2-4间交替加正负100V的门电压，材料的电阻由1.05*10^5KΩ缓慢上升至1.17*10^5KΩ（此过程由于温度变化，电阻缓慢上升），之后390ms时门电压改为-100V，500ms时0V，590ms时+100V，1-3电阻均未出现明显的变化，整个过程中电阻的阻值维持在1.17*10^5KΩ左右，再重复上述过程电阻同样在1.17*10^5KΩ左右，可认为无光照条件下，材料1-3间电阻不随门电压改变而发生变化。

过程二：用30mw的激光照射镧锰氧，1-3间仍然加5V电压，后在2-4间加门电压，可发现在2-4间不加电压的情况下材料的电阻（4.7*10^4KΩ）明显小于不加光照的情况，经过几次门门电压调整，在900ms时电阻才达到稳定状态（5.5*10^4KΩ），1100ms门电压改为-100V，此时材料电阻迅速升高至6.8*10^4KΩ，50ms的时间内，材料1-3电极之间的电阻上升至7.4*10^4KΩ，之后缓慢地减小至7.2*10^4KΩ，在1400ms时将门电压调为0V，电阻阻值迅速下降至5.5*10^4KΩ，之后电阻缓慢地上升至于6*10^4KΩ，1500ms再次加+100V的门电压，电阻迅速下降到5*10^4KΩ，350ms后材料的电阻缓慢上升至5.9*10^4KΩ，该过程电阻波动非常小，可到材料的电阻变化情趋势。

在1850ms时，将2-4间门电压调整为0V，2000ms时-100V，2400ms时0V，2550ms时+100V，门电压由0--100V-0-+100V的过程材料的电阻变化趋势与第一次一致，但由于温度影响，阻值会较偏高。

在2950ms时门电压改为0V，3050ms时-100V，3500ms时0V，3700ms时+100V，在整个第三次门电压由0--100V-0-+100V的过程与前两次的电阻变化趋势一致，但是电阻的阻值却偏高。可以看出在电压变化时样品中会有一个弛豫过程，并且只有当门电压为-100V时电阻才会有较明显的增大现象，整个过程二图像如图2所示：

过程三：在30mw的激光照射镧锰氧的情况下，1-3间仍然加5V的电压，之后在2-4间加正负交替的门电压，可以发现在2-4间不加电压的情况下材料的电阻为8*10^4KΩ，仍然小于不加光照的情况，之后缓慢下降至6*10^4KΩ，300ms加-200V电压，电阻跳跃式迅速下降至2.5*10^4KΩ，450ms时将门电压改为0V，此时，电阻值上升，50ms后回到初始值，大约为6.4*10^4KΩ，维持此状态80ms左右；580ms改变门电压为+200V，材料的电阻下降至3*10^4KΩ（这个地方与过程五中加正负100V的情况不相同），之后缓慢上升至4*10^4KΩ（此时为700ms）。

700ms电压改为0V，800ms时加-200V的门电压，880ms时改变门电压为0，在980ms再将门电压改为+200V，电阻同之前加0- -200V- 0-+200V的过程电压时总体趋势相同，在加-200V和+200V门电压时均出现跳跃性降低，并有一定的上升倾向。1250ms时加换门电压为0V，电阻值稳定在6*10^4KΩ，在1450ns时加电压-200V，电阻降低，整个过程电阻变化如图3。

通过对比过程一，与过程二，三和图2，3，可得如下结论：

对镧锰氧上加光照，材料的电阻变小，加光照改变电压时，材料的电阻也会随电压的改变而改变；电阻发生变化的过程与电压大小有关，在电压变化范围在正负100V时，-100V的电压会使得阻态升高，+100V电压阻态先降低，之后会回到原阻态，整个过程可逆，在正负200V电压的情况下，-200V和+200V观察到阻态均降低，表明不同的电压对LMO/STO样品影响不同，与镧锰氧和钛酸锶间的氧空位有关，电压偏大时会导致氧空位产生相关运动使材料的电阻特性与电压较小时不同。[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.