拓撲絕緣體材料的制備與表征.pdf

1、拓撲絕緣體是一類體內(nèi)是絕緣態(tài)，而表面是由于強自旋軌道耦合作用具有時間反演對稱保護金屬態(tài)的特殊絕緣體，其電子之間“各行其道，互不干擾”避免了電子的無序碰撞造成的電子能量消耗，對解決半導體行業(yè)乃至整個信息技術(shù)發(fā)展有著重要的意義。第二代三維拓撲絕緣體中的Bi2Se3，由于其是純的化學相；表面態(tài)只有一個狄拉克點，是最接近理想狀態(tài)的強拓撲絕緣體；能隙為0.3 eV（等價于3600 K），是目前能隙最大的拓撲絕緣體，近幾年已經(jīng)成為了人們關(guān)注和研究的

2、焦點。
　　本文總結(jié)了拓撲絕緣體的發(fā)展、分類及應(yīng)用，并選取了拓撲絕緣體中最具代表性的Bi2Se3作為研究對象。Bi2Se3晶體的拓撲表面性質(zhì)極易被體態(tài)掩蓋，使其難以觀察到拓撲絕緣現(xiàn)象。由于納米材料具有大的比表面積，所以Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)有利于研究其獨特的表面態(tài)，對于實際應(yīng)用的器件也是非常重要的。本文采用經(jīng)濟高效的化學氣相沉積（CVD）方法制備Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)，其研究內(nèi)容有：
　?。?）在蒸發(fā)源Bi2Se3粉末中加入Se

3、粉末，探究Se對合成Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)的影響。蒸發(fā)源中加入Se粉末提高了Bi2Se3的結(jié)晶質(zhì)量，有利于Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)的橫向生長，而且保證了Se與Bi的原子比例更接近標準值1.5，同時Bi2Se3的拉曼特征峰A11g和E2g發(fā)生了藍移現(xiàn)象。
　?。?）在不同的生長溫度下制備Bi2Se3，探究溫度對Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)的影響。隨著溫度的升高，制備的Bi2Se3的結(jié)晶質(zhì)量越來越好，表面尺寸也增加，生長機制由VLS變?yōu)閂S，而Se

4、與Bi的原子比例下降。在溫度達到650℃時，生成物中出現(xiàn)了鉍的氧化物，造成拉曼振動峰A11g的紅移。最后找到最佳生長溫度為500℃。
　?。?）在同一溫度（500℃）、不同生長時間下合成Bi2Se3，探究生長時間對Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)的影響。隨著生長時間的增加，生成的Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶質(zhì)量逐漸提高，約10 min之后結(jié)晶質(zhì)量趨于穩(wěn)定；Bi2Se3納米片的表面尺寸不斷增加；拉曼峰的強度先增加后減小；Se與Bi的原子比值減小。