[發(fā)明專利]一種制備拓?fù)浣^緣體Bi2Se3薄膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310487902.8
• 申請(qǐng)日: 2013-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN103526297A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張敏;趙勇;呂莉;魏占濤;羊新勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B29/46
• 分類號(hào): C30B29/46;C30B23/00;C30B33/02
• 代理公司: 成都博通專利事務(wù)所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于拓?fù)浣^緣體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其屬于拓?fù)浣^緣體Bi₂Se₃薄膜的制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

拓?fù)浣^緣體是近幾年發(fā)現(xiàn)的一種全新的物質(zhì)形態(tài)，已經(jīng)引起了巨大的研究熱潮。拓?fù)浣^緣體與普通絕緣體一樣具有能隙，但拓?fù)湫再|(zhì)不同，在自旋-軌道耦合作用下，在其表面或與普通絕緣體的界面上會(huì)出現(xiàn)無能隙、自旋劈裂且具有線性色散關(guān)系的表面態(tài)。拓?fù)浣^緣體的表面態(tài)是由體能帶的拓?fù)湫再|(zhì)決定的，與以往發(fā)現(xiàn)的由表面懸掛鍵或表面勢(shì)引起的表面態(tài)不同，且受時(shí)間反演不變對(duì)稱性的保護(hù)，不容易受到缺陷、雜質(zhì)、表面氧化和污染等外界環(huán)境的影響。拓?fù)浣^緣體還與近年的研究熱點(diǎn)如量子霍爾效應(yīng)、量子自旋霍爾效應(yīng)等領(lǐng)域緊密相連，其基本特征都是利用物質(zhì)中電子能帶的拓?fù)湫再|(zhì)來實(shí)現(xiàn)各種新奇的物理性質(zhì)。例如拓?fù)浣^緣體表面態(tài)與磁性材料的相互作用，將有可能導(dǎo)致量子化反常霍爾效應(yīng)、拓?fù)浯烹娦?yīng)、鏡像磁單極子等現(xiàn)象，拓?fù)浣^緣體與超導(dǎo)材料的界面有可能出現(xiàn)馬約拉那（Majorana)量子態(tài)。利用拓?fù)浣^緣體材料中的拓?fù)湫颉⒊瑢?dǎo)序和鐵磁序，人類有望制造出新型量子器件，并最終應(yīng)用到量子計(jì)算和自旋電子學(xué)等領(lǐng)域。目前研究最多的三維拓?fù)浣^緣體材料是V₂VI₃家族材料：Bi₂Se₃,Bi₂Te₃和Sb₂Te₃。因?yàn)檫@一類材料的優(yōu)點(diǎn)是體能隙相對(duì)較大（其中Bi₂Se₃能隙是0.3eV），簡(jiǎn)單的表面能帶結(jié)構(gòu)（單個(gè)狄拉克錐Dirac），而且容易制備。

將三維拓?fù)浣^緣體材料的厚度減少到某種程度，可轉(zhuǎn)變成二維拓?fù)浣^緣。這意味著如果將Bi₂Se₃家族三維拓?fù)浣^緣體材料做成薄膜，并能對(duì)其厚度精確控制，就有可能獲得二維拓?fù)浣^緣體材料。其能帶、自旋結(jié)構(gòu)和拓?fù)湫再|(zhì)都會(huì)發(fā)生根本的改變。同時(shí)，已有大量研究證明薄膜形態(tài)的拓?fù)浣^緣體的電子和自旋結(jié)構(gòu)與厚度、表面、界面之間的關(guān)系緊密。因此，通過控制這些參數(shù)來調(diào)控拓?fù)浣^緣體的電子和自旋結(jié)構(gòu)，這對(duì)拓?fù)浣^緣體的研究和應(yīng)用都具有很重要的意義。此外，現(xiàn)在的半導(dǎo)體工業(yè)主要是基于薄膜工藝，生長(zhǎng)在基底上的拓?fù)浣^緣體薄膜更容易與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體技術(shù)工藝結(jié)合起來，加工成器件，投入實(shí)際應(yīng)用。

早期，人們已經(jīng)開始用各種方法制備Bi₂Se₃,Bi₂Te₃薄膜如：電沉積、化學(xué)水浴沉積、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積、連續(xù)離子層吸附反應(yīng)、熱蒸發(fā)、反應(yīng)蒸發(fā)、化合物蒸發(fā)等。但這些針對(duì)熱電應(yīng)用制備出的薄膜都是比較粗糙的多晶薄膜，為了拓?fù)湫再|(zhì)的研究和應(yīng)用，我們需要高質(zhì)量的Bi₂Se₃,Bi₂Te₃單晶體材料和薄膜材料。