硒化铋薄膜及合金结构的制备和性能研究

发布时间：2017-11-14 05:28

  本文关键词：硒化铋薄膜及合金结构的制备和性能研究

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【摘要】：基于Bi2Se3、Bi2Te3和Sb2Te3的薄膜及其混晶合金结构不仅是最优异的热电基础材料,最近还被揭示出是强拓扑绝缘体,因此有可能成为狄拉克固态量子体系应用的基础材料。本文采用物理气相沉积薄膜的方法,借助真空管式炉制备Bi2Se3的单晶薄膜,在此基础上进行了该系列化合物的三元及四元合金薄膜生长研究,通过一系列测量手段对其结构和性能进行了分析和表征,并重点探讨了硒化铋四元合金薄膜的电学输运性质和三元合金薄膜的光电特性。具体工作内容和概括如下:1.物理气相沉积是一种简单实用的薄膜生长技术。我们自行搭建这样一套系统,并通过物理气相沉积法,制备出了质量较好的Bi2Se3单晶薄膜,通过XRD的面内和面外测试证明薄膜c轴择优取向生长,SEM图像表明其表面存在三角螺旋对,并且间接证明拓扑绝缘体的层状结构,为后期多元合金薄膜的制备提供了参照和技术支持。2.依照方案制备Bi2Se3和Sb2Te3的四元合金薄膜(BixSb2-x)(SeyTe3-y),经过改变生长条件,成功得到了四元合金薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱定量分析(EDS)、霍尔效应和拉曼光谱仪对合金薄膜晶体结构、表面形貌、成份、电学输运特性和散射机制等性能进行了研究,发现随着x和y的不断增大,其衍射峰位由Sb2Te3的衍射峰位向Bi2Se3衍射峰位移动,同时,表面平整度越来越差,缺陷越来越多,载流子浓度逐渐减小,迁移率逐渐增加,拉曼散射峰位整体红移。四元合金薄膜在热电领域有很大的潜在研究价值。3.通过向Bi2Se3掺杂钙得到三元合金薄膜Bi2-xCaxSe3,对其晶体结构和表面形貌进行研究,发现其主晶相没有发生变化。通过综合物性测量系统研究它的电学输运特性,发现载流子导电类型翻转为P型,并且载流子浓度较单晶薄膜有明显下降,磁阻曲线证明了反弱局域化的存在。通过对三元合金薄膜在可见光以及近红外光波长范围内的透过率进行研究,发现它在近红外光波长范围内的透过率线性增加,这为三元合金薄膜在红外探测器件方面的应用提供了可能。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2

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本文编号：1184087