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)高速無能耗的輸運(yùn)。拓?fù)浣^緣體Bi2Se3是所有第二類三維拓?fù)浣^緣體中體能隙最大,表面態(tài)能帶結(jié)構(gòu)最簡單的,但其制備過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)致溫度依賴性的線性磁電阻行為,磁性元素C...

【文章頁數(shù)】：117 頁

【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)常見的調(diào)控方式
        1.5.1 元素?fù)诫s調(diào)控
        1.5.2 門電壓調(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 綜合物性測量系統(tǒng)
        2.3.2 光電測試系統(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 Cu_xBi₂Se₃薄膜中電荷離域化和馳豫行為
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)過程
        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 Cu_xBi₂Se₃薄膜中Cu原子的占位情況
        4.3.3 Cu_xBi₂Se₃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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