《Bi2Se3基拓撲絕緣體薄膜的Si異質外延生長研究》是依託電子科技大學,由李含冬擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Bi2Se3基拓撲絕緣體薄膜的Si異質外延生長研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李含冬
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
作為最有前途的拓撲絕緣體材料之一，層狀化合物Bi2Se3一經發現就立即得到了廣泛的重視。然而受制於材料質量，到目前為止，Bi2Se3的許多新奇物性尚未被觀察到。本項目針對單晶Bi2Se3薄膜製備這一當前研究熱點，採用多種原位與非原位實驗觀察手段，結合第一性原理計算，以分子束外延技術構建特定表面結構或者生長特定緩衝層以鈍化活性Si表面，系統地研究Bi2Se3在Si襯底上的異質外延生長。內容包括確定Si鈍化表面的原子構型與界面緩衝層結構，研究Bi2Se3在不同界面鈍化工藝下進行生長的表面及界面結構演化過程；研究薄膜中應力的馳豫並探索外延缺陷產生的機理；研究Bi2Se3基本電學性質與薄膜製備工藝條件（包括改變束流比與生長溫度）之間關係，確定適合Bi2Se3在Si襯底上外延生長的最佳界面工藝及生長條件。預計通過該研究能夠實現在Si襯底上製備出高質量Bi2Se3單晶薄膜以供器件製作的目的。
結題摘要
本項目按照實驗計畫對Bi2Se3拓撲絕緣體薄膜在Si襯底上的外延生長科學進行了系統的研究，並在取得預期成果後進行了適當擴展研究。取得的研究成果主要體現在以下幾方面：1.確定了Bi2Se3 單晶薄膜最佳化生長條件，獲得了實現Bi2Se3 高質量外延生長所需的動力學參數，為確定Bi-Se化合物非平衡外延生長相圖提供了依據。2.確認了Bi2Se3基層狀材料的外延生長動力學特性。3.解決了Si襯底上Bi2Se3縱向畤匹配與取向控制生長問題。4.採用化合物源在鈍化Si襯底表面成功生長出Bi2Se3單晶與合金薄膜並測量得到合金的價帶結構。5.國際上首次直接測量得到Bi2Se3/Si(111)肖特基異質結的基本能帶參數。6.研究了Bi2Se3薄膜的微細加工科學。其他成果還包括：在以分子束外延技術生長的高質量Bi2Se3/Si外延單晶薄膜上，觀察到了超導體和拓撲絕緣體的相互作用現象，以及Bi2Se3本徵薄膜中新穎的各向異性磁輸運現象。 該項目支持下開展了一系列有效的科研合作與學術交流工作，實驗工作中包括與北京大學國際量子材料中心合作開展拓撲絕緣體低溫量子輸運特性研究以及與中國工程物理研究院合作進行材料電子芯能級結構與價帶結構研究。在本項目的支持下，積極開展了與拓撲絕緣體研究相關的多項國際學術活動，包括2次受邀在國際知名學術會議上進行學術報告。在華組織國際學術會議2次，邀請到了包括美國物理學會會士，歐美國家科學院/工程院院士在內的多位著名科學家及其團隊來華進行講學交流，極大提高了項目依託單位的學術交流層次與國際學術知名度，獲取了大量前沿科技情報，建立起了國際合作關係。項目現已發表SCI論文1篇（另已投稿5篇），出版英文專著2本，申請國家發明專利6項。項目共培養博士研究生在讀2人，碩士研究生在讀4人。
