极端条件下钙钛矿氧化物低维结构的光电特性及其应用

Perovskite oxide materials belong to complex electronic system, and there are relationships of competition and various interactions between the degrees of freedom of electron, lattice, orbital, and spin. Therefore, perovskite oxides have more extensive properties compared with semiconductor materials. And the structures of perovskite oxides are more stable, and perovskite oxides have characteristics of thermostabilityanti, anti-irradiation, anti-oxidation, and anti-deliquescence, etc, therefore perovskite oxides can work under extreme conditions of high temperature and strong irradiation. This project will focus on two aspects, one is to investigate the photoelectric effects of the perovskite oxide low-dimensional structures under the extreme conditions of high temperature, low temperature, and strong irradiation; another is to fabricate the perovskite oxide ultraviolet photodetectors with fast response and high sensitivity, and to fabricate two or three kinds of new oxide ultraviolet photodetectors which can work under extreme conditions. In this project, firstly, through artificial design and controllable preparation at atomic level, perovskite oxide low-dimensional structures will be epitaxially grown with atomically smooth interface. Secondly, the photoelectric effects of perovskite oxide low-dimensional structures under extreme conditions of high temperature, low temperature, and strong irradiation, and the mechanism will be revealed. Finally, we will fabricate the new-generation ultraviolet photodetectors with fast response, high sensitivity, anti-irradiation, and working at high-temperature using perovskite oxide low-dimensional structures. Two or three new pieces of oxide ultraviolet detectors will be fabricated.

钙钛矿氧化物是复杂电子体系材料，即电子电荷、晶格、轨道和自旋等各个自由度之间存在着竞争和相互关联的关系，与半导体材料相比，该类材料的物理性质更丰富。并且其结构更稳定，具有耐高温、抗辐照、不怕氧化、不怕潮解等特点，可以应用在高温、强辐照等极端条件下。本项目将研究钙钛矿氧化物低维结构在高温、低温、强辐照等极端条件下的光电特性，揭示其机理，以及研制快响应、高灵敏度的紫外探测器，并检验其在高温、低温、强辐照下的性能这两方面内容。 本项目将首先通过人工结构设计和原子层面可控制备，外延生长具有原子级平整度界面的钙钛矿氧化物低维结构；研究氧化物低维结构在高温、低温、强辐照等极端条件下的光电特性，并揭示其机理，提高其性能；最后，研制快响应、高灵敏度、抗辐照、耐高温的新一代紫外探测器件，制作出2~3种能在极端条件下工作的新型氧化物紫外探测器件。

钙钛矿氧化物是复杂电子体系材料，即电子、晶格、轨道和自旋等各个自由度之间存在着竞争和相互关联的关系，与半导体材料相比物理性质更丰富。并且结构更稳定，具有耐高温、抗辐照、不怕氧化、不怕潮解等特点，可以应用在高温、强辐照等极端条件下。本项目将研究钙钛矿氧化物低维结构在高温、低温、强辐照等极端条件下的光电特性，揭示其机理，以及研制快响应、高灵敏度的紫外探测器，并检验其在高温、低温、强辐照下的性能这两方面内容。. 本项目将首先通过人工结构设计和原子层面可控制备，外延生长具有原子级平整度界面的钙钛矿氧化物低维结构；研究氧化物低维结构在高温、低温、强辐照等极端条件下的光电特性，并揭示其机理，提高其性能；最后，研制快响应、高灵敏度、抗辐照、耐高温的新一代紫外探测器件，制作出2~3种能在极端条件下工作的新型氧化物紫外探测器件。. 在项目执行期间，我们发展了激光分子束外延技术制备高品质钙钛矿氧化物低维结构材料（薄膜、异质结、超晶格）的工艺，制备出多种原胞级别平整表面和界面的氧化物薄膜材料，并实现氧空位可控。通过本项目的实施，此项制备工艺更进一步发展和完善，这为今后制备高品质多功能性氧化物低维结构材料打下坚实的基础，为国家在材料科学方面的重大需要作出重要贡献。在基于钙钛矿氧化物低维结构紫外/深紫外光电探测器研制方面，我们第一次成功制作了成形的KTaO3单晶的紫外光电探测器，其主要探测指标均达到实用的水平。这将为以后制备高性能的紫外光探测器提供基础。