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拓?fù)浣^緣體Bi 2 Se 3 的表面態(tài)調(diào)控及光電性質(zhì)研究

發(fā)布時(shí)間:2024-07-07 01:48
  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(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)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(yùn)行,以減少能耗是自旋電子學(xué)領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題。拓?fù)浣^緣體中表面態(tài)的電子由于受強(qiáng)的自旋軌道耦合作用,會(huì)形成線(xiàn)性的能量色散關(guān)系,具有自旋動(dòng)量鎖定作用,導(dǎo)致不同自旋方向的電子朝著相反方向運(yùn)動(dòng),不再受背散射作用,電子可以實(shí)現(xiàn)高速無(wú)能耗的輸運(yùn)。拓?fù)浣^緣體Bi2Se3是所有第二類(lèi)三維拓?fù)浣^緣體中體能隙最大,表面態(tài)能帶結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的,但其制備過(guò)程中易形成本征缺陷(反位缺陷Bise,Se空位VSe),電學(xué)和光學(xué)等輸運(yùn)過(guò)程中常常以體態(tài)的電子為主,造成表面態(tài)電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)不佳。如何抑制體態(tài)的貢獻(xiàn),增強(qiáng)表面態(tài)電子在輸運(yùn)過(guò)程中的占比是我們需要研究的重點(diǎn)方向。據(jù)此,本文研究了元素?fù)诫s效應(yīng)和幾何結(jié)構(gòu)對(duì)拓?fù)浣^緣體Bi2Se3的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的調(diào)控作用。(1)通過(guò)非磁性元素Cu和磁性元素Cr摻雜實(shí)現(xiàn)了對(duì)拓?fù)浣^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?fù)浔砻鎽B(tài)增強(qiáng),導(dǎo)致溫度依賴(lài)性的線(xiàn)性磁電阻行為,磁性元素C...

【文章頁(yè)數(shù)】:117 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】:博士

【文章目錄】:
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 拓?fù)浣^緣體
        1.2.1 整數(shù)量子霍爾效應(yīng)
        1.2.2 量子自旋霍爾效應(yīng)在二維拓?fù)浣^緣體中的發(fā)現(xiàn)
        1.2.3 三維拓?fù)浣^緣體
    1.3 拓?fù)浣^緣體Bi2Se3
  •         1.3.1 晶體及電子能帶結(jié)構(gòu)
            1.3.2 本征缺陷
            1.3.3 拓?fù)浣^緣體Bi2Se3的研究進(jìn)展
        1.4 拓?fù)浔砻鎽B(tài)的性質(zhì)
            1.4.1 弱反局域化效應(yīng)和弱局域化效應(yīng)
            1.4.2 線(xiàn)性磁電阻效應(yīng)
            1.4.3 Shubnikov-de Haas(SdH)效應(yīng)
            1.4.4 Aharonov-Bohm (AB)效應(yīng)
        1.5 拓?fù)浔砻鎽B(tài)常見(jiàn)的調(diào)控方式
            1.5.1 元素?fù)诫s調(diào)控
            1.5.2 門(mén)電壓調(diào)控
            1.5.3 應(yīng)力調(diào)控
            1.5.4 膜厚調(diào)控
        1.6 拓?fù)浣^緣體在光電方面的應(yīng)用
            1.6.1 光電領(lǐng)域的現(xiàn)狀
            1.6.2 光電導(dǎo)效應(yīng)
            1.6.3 光伏效應(yīng)
            1.6.4 光電特征參數(shù)
            1.6.5 拓?fù)浣^緣體在光電方面的進(jìn)展
        1.7 本文研究目的和內(nèi)容
    第2章 實(shí)驗(yàn)方法
        2.1 樣品制備—化學(xué)氣相沉積法
        2.2 樣品結(jié)構(gòu)的表征
            2.2.1 X-射線(xiàn)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(cè)量系統(tǒng)
            2.3.2 光電測(cè)試系統(tǒng)
    第3章 元素Cu、Cr摻雜對(duì)Bi2Se3拓?fù)浔砻鎽B(tài)的調(diào)控
        3.1 引言
        3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
            3.2.1 樣品的制備
            3.2.2 樣品的表征
        3.3 結(jié)果與討論
            3.3.1 Cu、Cr摻雜Bi2Se3薄膜的形貌與結(jié)構(gòu)
            3.3.2 Cu、Cr摻雜Bi2Se3薄膜的電輸運(yùn)性質(zhì)
        3.4 本章小結(jié)
    第4章 CuxBi2Se3薄膜中電荷離域化和馳豫行為
        4.1 引言
        4.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
            4.2.1 樣品的制備
            4.2.2 樣品的表征
        4.3 結(jié)果與討論
            4.3.1 不同Cu含量的Bi2Se3薄膜的形貌與結(jié)構(gòu)
            4.3.2 CuxBi2Se3薄膜中Cu原子的占位情況
            4.3.3 CuxBi2Se3薄膜中出現(xiàn)的電荷離域化和馳豫行為
        4.4 本章小結(jié)
    第5章 幾何結(jié)構(gòu)對(duì)Bi2Se3拓?fù)浔砻鎽B(tài)的調(diào)控
        5.1 引言
        5.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
            5.2.1 樣品的制備
            5.2.2 樣品的表征
        5.3 結(jié)果與討論
            5.3.1 垂直Bi2Se3納米片薄膜的形貌與結(jié)構(gòu)
            5.3.2 垂直Bi2Se3納米片薄膜的電輸運(yùn)性質(zhì)
        5.4 本章小結(jié)
    第6章 垂直Cu摻雜Bi2Se3納米片薄膜的光電性質(zhì)研究
        6.1 引言
        6.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
            6.2.1 樣品的制備
            6.2.2 樣品的表征
        6.3 結(jié)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(zhì)
        6.4 本章小結(jié)
    第7章 結(jié)論
    參考文獻(xiàn)
    致謝
    在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和取得的其他研究成果



    本文編號(hào):4002967

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