硒化鉍薄膜及合金結(jié)構(gòu)的制備和性能研究.pdf

1、基于Bi2Se3、Bi2Te3和Sb2Te3的薄膜及其混晶合金結(jié)構(gòu)不僅是最優(yōu)異的熱電基礎(chǔ)材料，最近還被揭示出是強(qiáng)拓?fù)浣^緣體，因此有可能成為狄拉克固態(tài)量子體系應(yīng)用的基礎(chǔ)材料。本文采用物理氣相沉積薄膜的方法，借助真空管式爐制備Bi2Se3的單晶薄膜，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了該系列化合物的三元及四元合金薄膜生長(zhǎng)研究，通過(guò)一系列測(cè)量手段對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析和表征，并重點(diǎn)探討了硒化鉍四元合金薄膜的電學(xué)輸運(yùn)性質(zhì)和三元合金薄膜的光電特性。具體工作內(nèi)容和概

2、括如下：
　　1.物理氣相沉積是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的薄膜生長(zhǎng)技術(shù)。我們自行搭建這樣一套系統(tǒng)，并通過(guò)物理氣相沉積法，制備出了質(zhì)量較好的Bi2Se3單晶薄膜，通過(guò)XRD的面內(nèi)和面外測(cè)試證明薄膜c軸擇優(yōu)取向生長(zhǎng)，SEM圖像表明其表面存在三角螺旋對(duì)，并且間接證明拓?fù)浣^緣體的層狀結(jié)構(gòu)，為后期多元合金薄膜的制備提供了參照和技術(shù)支持。
　　2.依照方案制備Bi2Se3和Sb2Te3的四元合金薄膜( BixSb2-x）(SeyTe3-y)，經(jīng)過(guò)改

3、變生長(zhǎng)條件，成功得到了四元合金薄膜。通過(guò)X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜定量分析（EDS）、霍爾效應(yīng)和拉曼光譜儀對(duì)合金薄膜晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、成份、電學(xué)輸運(yùn)特性和散射機(jī)制等性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)隨著x和y的不斷增大，其衍射峰位由Sb2Te3的衍射峰位向Bi2Se3衍射峰位移動(dòng)，同時(shí)，表面平整度越來(lái)越差，缺陷越來(lái)越多，載流子濃度逐漸減小，遷移率逐漸增加，拉曼散射峰位整體紅移。四元合金薄膜在熱電領(lǐng)域有很大的潛在研究?jī)r(jià)值。

4、
　　3.通過(guò)向Bi2Se3摻雜鈣得到三元合金薄膜Bi2-xCaxSe3，對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其主晶相沒(méi)有發(fā)生變化。通過(guò)綜合物性測(cè)量系統(tǒng)研究它的電學(xué)輸運(yùn)特性，發(fā)現(xiàn)載流子導(dǎo)電類型翻轉(zhuǎn)為P型，并且載流子濃度較單晶薄膜有明顯下降，磁阻曲線證明了反弱局域化的存在。通過(guò)對(duì)三元合金薄膜在可見(jiàn)光以及近紅外光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透過(guò)率進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)它在近紅外光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透過(guò)率線性增加，這為三元合金薄膜在紅外探測(cè)器件方面的應(yīng)用提供了可能。