鉍碲基材料的相變性能與拓?fù)浔砻鎽B(tài)的研究.pdf

1、Bi2Te3材料作為性能優(yōu)異的熱電材料已被廣泛研究,而當(dāng)其作為一種快速生長型的相變材料時(shí),雖然有著非?？斓慕Y(jié)晶速度,但結(jié)晶溫度很低,因而不適合用于制備相變存儲器件,為此本文利用摻雜技術(shù)制備了常溫下非晶態(tài)的鉍碲基材料,并研究了其相變特性和結(jié)構(gòu)特征。同時(shí),Bi2Te3作為第二代三維拓?fù)浣^緣體材料,引起了凝聚態(tài)物理和材料等領(lǐng)域的極大關(guān)注。當(dāng)其作為拓?fù)浣^緣體用于自旋電子器件時(shí),利用到其非平庸表面態(tài)的拓?fù)漭斶\(yùn)性質(zhì),因此對制備的晶體或薄膜材料要求嚴(yán)

2、格。但實(shí)際生長中,Bi2Te3材料很容易存在大量的本征缺陷,給材料引入了n型或p型載流子,使得材料的體態(tài)電導(dǎo)越過其非平庸的表面電導(dǎo),這使拓?fù)漭斶\(yùn)性質(zhì)很難被表征,對基于狄拉克費(fèi)米子性質(zhì)的自旋電子器件的研制不利。因此,本文探討了表面摻雜和分子吸附對拓?fù)浣^緣體Bi2Te3非平庸表面態(tài)的調(diào)控作用。
　　對于材料相變特性的研究,首先使用磁控濺射法制備了均勻的Bi2Te3薄膜,并通過X射線衍射實(shí)驗(yàn)得到了濺射方法制備的薄膜材料沉積態(tài)的結(jié)晶度和膜

3、厚的關(guān)系。提出在Bi2Te3材料中摻雜Si元素,以達(dá)到提高材料非晶態(tài)穩(wěn)定性的目的;隨后制備了基于硅摻雜鉍碲基材料的相變單元,并測試了其相變特性,驗(yàn)證了其用于相變隨機(jī)存儲器的可行性。
　　通過比較不同成分的晶態(tài)材料X射線衍射圖案并結(jié)合四探針實(shí)驗(yàn)的測試結(jié)果,分析了Si原子在鉍碲基材料中的摻雜行為,摻雜量不高時(shí)Si原子摻入了晶格內(nèi)部,而對于高摻雜量的樣品,退火后材料內(nèi)部會發(fā)生相分離,部分Si原子將以非晶單質(zhì)的狀態(tài)存在于鉍碲基材料的晶界。

4、X射線光電子能譜(XPS)和第一性原理的計(jì)算結(jié)果共同確定了Si原子的摻雜位置為Te(1)原子的位置,同時(shí)還得出摻雜后材料中Bi-Te鍵被弱化的結(jié)論。
　　使用從頭計(jì)算分子動力學(xué)的方法模擬出不同硅摻雜量材料的非晶態(tài)結(jié)構(gòu),通過統(tǒng)計(jì)分析非晶態(tài)中作為晶核雛形的四元環(huán)結(jié)構(gòu)數(shù)量的變化,說明了硅摻雜對非晶態(tài)材料中成核過程的抑制;而態(tài)密度和電子局域密度函數(shù)的計(jì)算結(jié)果則表明,Si摻雜減少了快速生長型相變材料在結(jié)晶過程中放出的熱量,抑制了晶核的長大;