隨著晶體管尺寸的不斷減小,集成電路上可容納的元器件數(shù)目已經(jīng)接近硅工藝所容納的物理極限,集成電路的發(fā)熱問題愈發(fā)嚴重,熱損耗已接近總能耗的一半。如何降低集成元件材料中電子的碰撞和散射作用,使電子有序高速運行,以減少能耗是自旋電子學領域亟需解決的問題。拓撲絕緣體中表面態(tài)的電子由于受強的自旋軌道耦合作用,會形成線性的能量色散關系,具有自旋動量鎖定作用,導致不同自旋方向的電子朝著相反方向運動,不再受背散射作用,電子可以實現(xiàn)高速無能耗的輸運。拓撲絕緣體Bi2Se3是所有第二類三維拓撲絕緣體中體能隙最大,表面態(tài)能帶結構最簡單的,但其制備過程中易形成本征缺陷(反位缺陷Bise,Se空位VSe),電學和光學等輸運過程中常常以體態(tài)的電子為主,造成表面態(tài)電學和光學性質不佳。如何抑制體態(tài)的貢獻,增強表面態(tài)電子在輸運過程中的占比是我們需要研究的重點方向。據(jù)此,本文研究了元素摻雜效應和幾何結構對拓撲絕緣體Bi2Se3的電學和光學性質的調(diào)控作用。(1)通過非磁性元素Cu和磁性元素Cr摻雜實現(xiàn)了對拓撲絕緣體Bi2Se3表面態(tài)的有效調(diào)控。非磁性元素Cu摻雜使薄膜拓撲表面態(tài)增強,導致溫度依賴性的線性磁電阻行為,磁性元素C...

【文章頁數(shù)】：117 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 拓撲絕緣體
        1.2.1 整數(shù)量子霍爾效應
        1.2.2 量子自旋霍爾效應在二維拓撲絕緣體中的發(fā)現(xiàn)
        1.2.3 三維拓撲絕緣體
    1.3 拓撲絕緣體Bi₂Se3

        1.3.1 晶體及電子能帶結構
        1.3.2 本征缺陷
        1.3.3 拓撲絕緣體Bi₂Se₃的研究進展
    1.4 拓撲表面態(tài)的性質
        1.4.1 弱反局域化效應和弱局域化效應
        1.4.2 線性磁電阻效應
        1.4.3 Shubnikov-de Haas(SdH)效應
        1.4.4 Aharonov-Bohm (AB)效應
    1.5 拓撲表面態(tài)常見的調(diào)控方式
        1.5.1 元素摻雜調(diào)控
        1.5.2 門電壓調(diào)控
        1.5.3 應力調(diào)控
        1.5.4 膜厚調(diào)控
    1.6 拓撲絕緣體在光電方面的應用
        1.6.1 光電領域的現(xiàn)狀
        1.6.2 光電導效應
        1.6.3 光伏效應
        1.6.4 光電特征參數(shù)
        1.6.5 拓撲絕緣體在光電方面的進展
    1.7 本文研究目的和內(nèi)容
第2章 實驗方法
    2.1 樣品制備—化學氣相沉積法
    2.2 樣品結構的表征
        2.2.1 X-射線衍射儀
        2.2.2 拉曼光譜儀
        2.2.3 掃描電子顯微鏡
        2.2.4 透射電子顯微鏡
    2.3 樣品性能的表征
        2.3.1 綜合物性測量系統(tǒng)
        2.3.2 光電測試系統(tǒng)
第3章 元素Cu、Cr摻雜對Bi₂Se₃拓撲表面態(tài)的調(diào)控
    3.1 引言
    3.2 實驗過程
        3.2.1 樣品的制備
        3.2.2 樣品的表征
    3.3 結果與討論
        3.3.1 Cu、Cr摻雜Bi₂Se₃薄膜的形貌與結構
        3.3.2 Cu、Cr摻雜Bi₂Se₃薄膜的電輸運性質
    3.4 本章小結
第4章 Cu_xBi₂Se₃薄膜中電荷離域化和馳豫行為
    4.1 引言
    4.2 實驗過程
        4.2.1 樣品的制備
        4.2.2 樣品的表征
    4.3 結果與討論
        4.3.1 不同Cu含量的Bi₂Se₃薄膜的形貌與結構
        4.3.2 Cu_xBi₂Se₃薄膜中Cu原子的占位情況
        4.3.3 Cu_xBi₂Se₃薄膜中出現(xiàn)的電荷離域化和馳豫行為
    4.4 本章小結
第5章 幾何結構對Bi₂Se₃拓撲表面態(tài)的調(diào)控
    5.1 引言
    5.2 實驗過程
        5.2.1 樣品的制備
        5.2.2 樣品的表征
    5.3 結果與討論
        5.3.1 垂直Bi₂Se₃納米片薄膜的形貌與結構
        5.3.2 垂直Bi₂Se₃納米片薄膜的電輸運性質
    5.4 本章小結
第6章 垂直Cu摻雜Bi₂Se₃納米片薄膜的光電性質研究
    6.1 引言
    6.2 實驗過程
        6.2.1 樣品的制備
        6.2.2 樣品的表征
    6.3 結果與討論
        6.3.1 垂直Cu摻雜Bi₂Se₃納米片薄膜的組成與形貌
        6.3.2 垂直Cu摻雜Bi₂Se₃納米片薄膜的光電性質
    6.4 本章小結
第7章 結論
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文和取得的其他研究成果



本文編號：4002967

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