[發明專利]拓撲絕緣體結構的制備方法

有效

• 申請號: 201210559458.1
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN102995117A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 薛其坤;何珂;馬旭村;陳曦;王立莉;常翠祖;馮硝;李耀義;賈金鋒
• 申請（專利權）人: 清華大學;中國科學院物理研究所
• 主分類號: C30B25/02
• 分類號: C30B25/02;C30B25/18;C30B29/46;H01L43/14
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達

1.一種拓撲絕緣體結構的制備方法，包括：

提供一鈦酸鍶基底，該鈦酸鍶基底具有(111)晶面的表面，該鈦酸鍶基底設置在壓強小于1.0×10^-8?Pa的分子束外延反應腔體中；

將該鈦酸鍶基底在該分子束外延反應腔體中進行熱處理，使該表面清潔；

加熱該鈦酸鍶基底并在該分子束外延反應腔體中同時形成Bi、Sb、Cr及Te的束流，并控制Bi、Sb、Cr及Te的束流的流量從而控制Bi、Sb、Cr及Te之間的比例，使Cr在該磁性摻雜拓撲絕緣體量子阱薄膜中引入的空穴型載流子與Bi在該磁性摻雜拓撲絕緣體量子阱薄膜中引入的電子型載流子基本相互抵消，從而在該鈦酸鍶基底的該表面形成磁性摻雜拓撲絕緣體量子阱薄膜，該磁性摻雜拓撲絕緣體量子阱薄膜的材料由化學式Cr_y(Bi_xSb_1-x)_2-yTe₃表示，其中0<x<1，0<y<2，該磁性摻雜拓撲絕緣體量子阱薄膜的厚度為3QL至5QL。

2.如權利要求1所述的拓撲絕緣體結構的制備方法，其特征在于，該提供一鈦酸鍶基底的步驟包括：

將該鈦酸鍶基底切割出(111)晶面的表面；

將該鈦酸鍶基底在的去離子水中加熱；以及

將該鈦酸鍶基底在氧氣和氬氣氛圍中800℃至1200℃灼燒。

3.如權利要求1所述的拓撲絕緣體結構的制備方法，其特征在于，該熱處理的溫度為600℃，熱處理的時間為1小時至2小時。

4.如權利要求1所述的拓撲絕緣體結構的制備方法，其特征在于，V_Te>(V_Cr+V_Bi+V_Sb)，V_Te、V_Bi、V_Sb及V_Cr分別為該Bi、Sb、Cr及Te的流量。

5.如權利要求1所述的拓撲絕緣體結構的制備方法，其特征在于，(V_Cr+V_Bi+V_Sb):V_Te為1:10至1:15。

6.如權利要求1所述的拓撲絕緣體結構的制備方法，其特征在于，該Bi、Sb、Cr及Te的束流為通過加熱Bi、Sb、Cr及Te的蒸發源形成，該Bi、Sb、Cr及Te的束流的流量通過控制Bi、Sb、Cr及Te的蒸發源的加熱溫度進行控制。

7.如權利要求1所述的拓撲絕緣體結構的制備方法，其特征在于，所述加熱該鈦酸鍶基底的加熱溫度為180℃至250℃。

8.如權利要求1所述的拓撲絕緣體結構的制備方法，其特征在于，先在鈦酸鍶基底具有第一溫度時形成第1層QL的磁性摻雜拓撲絕緣體量子阱薄膜，并在鈦酸鍶基底具有第二溫度時形成另外4層QL的磁性摻雜拓撲絕緣體量子阱薄膜，該第二溫度大于該第一溫度。

9.如權利要求1所述的拓撲絕緣體結構的制備方法，其特征在于，在形成該磁性摻雜拓撲絕緣體量子阱薄膜后進一步包括一退火步驟，該退火溫度為180℃至250℃，退火時間為10分鐘至1小時。

10.如權利要求1所述的拓撲絕緣體結構的制備方法，其特征在于，0.05<x<0.3，0<y<0.3，且1:2<x:y<2:1。