[發明專利]一種納米線狀狄拉克半金屬砷化鎘及其制備方法

在審

• 申請號: 202010418570.8
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111554567A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 韋欣;陳巖;徐云;李健;宋國峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明提供了一種納米線狀狄拉克半金屬砷化鎘及其制備方法，方法包括：將源物質置于指定氣體中進行加熱，使所述源物質蒸發，所述源物質包括砷化鎘；將所述指定氣體的流速調整至預定流速，以通過所述指定氣體將蒸發出的所述源物質輸運到與所述源物質相距預定距離的襯底上；其中，所述襯底上覆蓋有多個相互分離的金顆粒，所述金顆粒通過在襯底上沉積預定厚度的金薄膜并進行退火后得到；金顆粒呈島狀，尺寸為亞微米或微米級別；對所述源物質進行降溫，以使源物質在金顆粒上成核、結晶并生長，得到納米線狀狄拉克半金屬砷化鎘。通過本發明提供的方法，可以控制納米線狀狄拉克半金屬砷化鎘的直徑和長度等尺寸，且制備方法簡單可靠，成本低廉。

技術領域

本發明屬于半導體納米材料制備技術領域，具體涉及一種納米線狀狄拉克半金屬砷化鎘及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著拓撲絕緣體、拓撲超導體、拓撲狄拉克半金屬為代表的新型拓撲材料以其特有的奇異的物理性能受到研究者的廣泛關注。同時，這些新型拓撲量子材料特有的物理性能為凝聚態物理的研究提供了良好的基礎。其中，狄拉克半金屬砷化鎘以其特殊的能帶結構和較大的載流子遷移率以及優異的化學穩定性成為凝聚態物理研究的理想材料。

狄拉克半金屬砷化鎘在三維動量空間內具有線性分散的能帶結構，并且其導帶和價帶發生反轉，導帶和價帶相交于一點，費米面在這一點處縮小為點，這個點被稱為狄拉克點。狄拉克點是由手性相反的兩個外爾點構成的，當破壞狄拉克半金屬砷化鎘的對稱性時，可以把狄拉克點分開為兩個外爾點，從而得到外爾半金屬。因此，狄拉克半金屬砷化鎘是系統化研究拓撲半金屬量子相變的一種理想材料。同時，因為狄拉克半金屬砷化鎘的自旋特性以及較大的載流子遷移率，從而可以用來制備下一代電子自旋器件。

目前，制備狄拉克半金屬砷化鎘的方法主要包括分子束外延法(Molecular BeamEpitaxy Method)、熔劑熱法(Flux Method)以及化學氣相沉積法(Chemical VapourDeposition Method)。但是上述方法均存在一定的缺陷。

例如，分子束外延法在整個生長過程中對真空度要求特別高，需要在超高真空下進行生長，同時，鎘元素會附著在分子束外延設備的生長腔室內表面且難以清除，從而破壞分子束外延設備生長腔室的潔凈度和真空度，此外，分子束外延設備十分昂貴且操作復雜。利用熔劑熱法制備的狄拉克半金屬砷化鎘的厚度、大小以及形狀都難以控制，并且在利用溶劑熱法制備狄拉克半金屬砷化鎘時，需要兩種粉末狀原材料，分別是砷和鎘，并且需要過量的鎘，隨之而來的問題是，在最終制備的砷化鎘產物中可能存在鎘元素超標的情況，從而影響砷化鎘的純度，進而影響其電學和磁學性能，此外，利用溶劑熱法制備砷化鎘時需要進行高溫加熱二十四小時以上甚至更久，并且需要在高溫下進行離心處理，具有一定的危險性。利用傳統的化學氣相沉積法制備狄拉克半金屬砷化鎘，由于襯底的吸附力較弱，使得狄拉克半金屬砷化鎘呈團簇結構或顆粒狀，難以分離和轉移。

因此，亟需一種操作簡單、成本低廉、產物可控的納米線狀狄拉克半金屬砷化鎘的制備方法，以解決上述技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種納米線狀狄拉克半金屬砷化鎘及其制備方法，使得制備出的納米線狀狄拉克半金屬砷化鎘的尺寸可控，且制備過程操作簡單、成本低廉。

為實現上述目的，本發明實施例提供一種納米線狀狄拉克半金屬砷化鎘的制備方法，該方法包括：

將源物質置于指定氣體中進行加熱，使所述源物質蒸發，所述源物質包括砷化鎘；

將所述指定氣體的流速調整至預定流速，以通過所述指定氣體將蒸發出的所述源物質輸運到與所述源物質相距預定距離的襯底上；其中，所述襯底上覆蓋有多個相互分離的金顆粒，所述金顆粒通過在硅片上沉積預定厚度的金薄膜并進行退火后得到；所述金顆粒呈島狀，所述金顆粒的尺寸為亞微米或微米級別。

對所述源物質進行降溫，以使所述源物質在所述金顆粒上成核、結晶并生長，得到納米線狀狄拉克半金屬砷化鎘。