[发明专利]一种基于钛酸铋基铁电薄膜的光驱动逻辑器及其应用方法

说明书

本发明涉及一种逻辑器件，其公开了一种基于钛酸铋基铁电薄膜的光驱动逻辑器及其应用方法，解决传统光驱动逻辑器件只能应用于流体体系，而限制了其应用环境的问题。该光驱动逻辑器包括双面透明导电基片以及制备在所述双面透明导电基片两侧的BIT薄膜，两侧的BIT薄膜串联作为光驱动逻辑器的输出。相比于传统的光驱动逻辑器材料体系，其具有全固态、体积小等优点，可解决现在光驱动逻辑器件只能应用于流体体系的问题,将具有更好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种逻辑器件，具体涉及一种基于钛酸铋基铁电薄膜的光驱动逻辑器及其应用方法。

背景技术

铁电材料由于其独特的性质，如压电、铁电、热电等优异性能，在超声波传感器、红外光探测和热释电探测器等领域有着广泛的应用前景，已经成为国际上新型功能材料研究热点之一。早在1956年，首次在BaTiO3铁电陶瓷中发现了铁电材料的光伏效应，从此，铁电光伏材料受到了越来越多的关注。紧接着，研究人员在铁电陶瓷材料如PZT和LiNbO3中发现了光伏效应。随着薄膜电子科学技术的发展，铁电光伏效应的研究已进入薄膜时代。PZT和BiFeO3等铁电薄膜的光电响应成为了关注的热点，在基本机理方面也取得了很大进展。然而，前者中含有铅，铅有高毒性会对人体和生态环境造成严重破坏和污染。后者由于可以吸收带隙宽度(2.7eV)的可见光，引起了研究人员的关注。但BiFeO3不仅具有铁电性，而且具有反铁磁性和弱铁磁性，这增加了铁电材料光伏效应研究的复杂性。因此，如何进一步深入研究铁电光伏效应机理以及显著提高这一效应成为这一方向亟待解决的问题，尝试开发同时具有良好铁电性和合适禁带宽度的新材料体系是铁电光伏研究拓展的必然选择。

在铁电材料中，除了以PZT和BiFeO3为代表的钙钛矿结构以外，以Bi₄Ti₃O₁₂(BIT)为代表的铋层状结构的铁电氧化物也是非常重要的一大类，其光学带隙能量报告在3.1和3.6eV之间。Bi4Ti3O12作为奥氏体化合物家族的一员，具有高度各向异性的单斜晶(伪正交晶，a＝0.545nm，b＝0.5406nm，c＝3.2832nm)，由类萤石结构的铋氧(Bi₂O₂)^2-层和类钙钛矿(Bi₂Ti₃O₁₀)²⁺层交替排列。此外，BIT由于其优异的化学稳定性和高居里温度而引起极大的关注。

针对BIT的研究初步表明，BIT能够在太阳光甚至可见光的照射下产生明显的光生电荷，并能够在铁电极化内建电场的作用下实现有效分离。明显的光生电荷及其有效分离也就暗示着BIT具有良好的光电效应。可以通过外加电场和铁电极化的调控，可以实现对光电流响应大小及方向的调控。这就为我们展现了基于铁电薄膜的光驱动逻辑器件原理上的可行性。

光驱动逻辑器是构建在材料的光电开关效应的基础上，即通过操作不同能量的光子实现材料中光电流方向的变化，然后对不同方向的光电流信号进行编码并以此来进行逻辑运算以及信息处理和传输的一类器件。随着光电信息科学的发展，关于光驱动逻辑器件的研究引起许多科技工作者的兴趣。如Gabriel Loget等人在利用p-SiH/Pt双极电化学体系在实现光解水的同时，构建了性能稳定的“与门”和“非门”器件。Longwei Ding等人将石墨烯和SnO2进行复合，发现了一种新的负光电导现象，并以此构建了光驱动“或非门”器件。

但是，由于这些体系都是以双电极电化学为基础，需要液体的参与，即只能应用于流体体系，这极大的限制了其应用环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于钛酸铋基铁电薄膜的光驱动逻辑器及其应用方法，解决传统光驱动逻辑器件只能应用于流体体系，而限制了其应用环境的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种基于钛酸铋基铁电薄膜的光驱动逻辑器，包括双面透明导电基片以及制备在所述双面透明导电基片两侧的BIT薄膜，两侧的BIT薄膜串联作为光驱动逻辑器的输出。