【摘要】：拓?fù)浣^緣體是一類體內(nèi)是絕緣態(tài)，而表面是由于強(qiáng)自旋軌道耦合作用具有時(shí)間反演對(duì)稱保護(hù)金屬態(tài)的特殊絕緣體，其電子之間“各行其道，互不干擾”避免了電子的無序碰撞造成的電子能量消耗，，對(duì)解決半導(dǎo)體行業(yè)乃至整個(gè)信息技術(shù)發(fā)展有著重要的意義。第二代三維拓?fù)浣^緣體中的Bi2Se3，由于其是純的化學(xué)相；表面態(tài)只有一個(gè)狄拉克點(diǎn)，是最接近理想狀態(tài)的強(qiáng)拓?fù)浣^緣體；能隙為0.3eV（等價(jià)于3600K），是目前能隙最大的拓?fù)浣^緣體，近幾年已經(jīng)成為了人們關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。 本文總結(jié)了拓?fù)浣^緣體的發(fā)展、分類及應(yīng)用，并選取了拓?fù)浣^緣體中最具代表性的Bi2Se3作為研究對(duì)象。Bi2Se3晶體的拓?fù)浔砻嫘再|(zhì)極易被體態(tài)掩蓋，使其難以觀察到拓?fù)浣^緣現(xiàn)象。由于納米材料具有大的比表面積，所以Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)有利于研究其獨(dú)特的表面態(tài)，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的器件也是非常重要的。本文采用經(jīng)濟(jì)高效的化學(xué)氣相沉積（CVD）方法制備Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)，其研究?jī)?nèi)容有： （1）在蒸發(fā)源Bi2Se3粉末中加入Se粉末，探究Se對(duì)合成Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)的影響。蒸發(fā)源中加入Se粉末提高了Bi2Se3的結(jié)晶質(zhì)量，有利于Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)的橫向生長(zhǎng)，而且保證了Se與Bi的原子比例更接近標(biāo)準(zhǔn)值1.5，同時(shí)Bi2Se3的拉曼特征峰A121g和Eg發(fā)生了藍(lán)移現(xiàn)象。 （2）在不同的生長(zhǎng)溫度下制備Bi2Se3，探究溫度對(duì)Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)的影響。隨著溫度的升高，制備的Bi2Se3的結(jié)晶質(zhì)量越來越好，表面尺寸也增加，生長(zhǎng)機(jī)制由VLS變?yōu)閂S，而Se與Bi的原子比例下降。在溫度達(dá)到650°C時(shí)，生成物中出現(xiàn)了鉍的氧化物，造成拉曼振動(dòng)峰A1 1g的紅移。最后找到最佳生長(zhǎng)溫度為500°C。 （3）在同一溫度（500°C）、不同生長(zhǎng)時(shí)間下合成Bi2Se3，探究生長(zhǎng)時(shí)間對(duì)Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)的影響。隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增加，生成的Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶質(zhì)量逐漸提高，約10min之后結(jié)晶質(zhì)量趨于穩(wěn)定；Bi2Se3納米片的表面尺寸不斷增加；拉曼峰的強(qiáng)度先增加后減��；Se與Bi的原子比值減小。最終找到最佳生長(zhǎng)時(shí)間段為10-20min。 （4）通過化學(xué)氣相沉積法在銅箔上生長(zhǎng)石墨烯，并用濕法轉(zhuǎn)移石墨烯到SiO2襯底上。利用石墨烯作為緩沖層來合成Bi2Se3，探究石墨烯對(duì)制備Bi2Se3納米片的影響。石墨烯的加入有利于提高Bi2Se3納米片的結(jié)晶質(zhì)量，而且使Bi2Se3納米片沿C軸生長(zhǎng)的特點(diǎn)更明顯，另外，由于石墨烯的加入使Bi2Se3的面內(nèi)振動(dòng)峰E2g發(fā)生了紅移現(xiàn)象。
[Abstract]:A topological insulator is a class of special insulators whose body is insulated and whose surface is a special insulator with time inversion symmetry protection metal state due to the strong spin orbit coupling. Non-interference "avoids the electronic energy consumption caused by the disorder collision of electrons, which is of great significance to solve the problem of semiconductor industry and even the development of information technology." The Bi2Se3, in the second generation 3D topological insulator is the most close to the ideal state because it is a pure chemical phase and the surface state has only one Dirac point. The energy gap is 0.3eV (equivalent to 3600K), which is the largest topological insulator with energy gap at present. In recent years, it has become the focus of attention and research. In this paper, the development, classification and application of topological insulators are summarized, and Bi2Se3, the most representative of topological insulators, is chosen as the research object. The topological surface properties of Bi2Se3 crystals are easily masked by body state, which makes it difficult to observe the phenomenon of topological insulation. Due to the large specific surface area of nano-materials, Bi2Se3 nanostructures are conducive to the study of their unique surface states, and are also very important for practical applications of devices. In this paper, Bi2Se3 nanostructures were prepared by an economical and efficient chemical vapor deposition (CVD) method. The main contents of this study were as follows: (1) the effect of Se on the synthesis of Bi2Se3 nanostructures was investigated by adding Se powder into the Bi2Se3 powder of evaporation source. The addition of Se powder into the evaporator can improve the crystallization quality of Bi2Se3, facilitate the transverse growth of Bi2Se3 nanostructures, and ensure that the atomic ratio of Se to Bi is closer to the standard value of 1.5. At the same time, the Raman characteristic peaks A121g and Eg of Bi2Se3 are blue shifted. (2) to investigate the effect of Bi2Se3, preparation temperature on Bi2Se3 nanostructures at different growth temperatures. With the increase of temperature, the crystallization quality and surface size of the prepared Bi2Se3 become better and better, and the growth mechanism changes from VLS to VS, while the atomic ratio of Se to Bi decreases. At 650 擄C, bismuth oxide appears in the product, which results in the red shift of the Raman vibration peak A11g. Finally, the optimum growth temperature was found to be 500 擄C. (3) Bi2Se3, was synthesized at the same temperature (500 擄C),) for different growth time to investigate the effect of growth time on Bi2Se3 nanostructures. With the increase of growth time, the crystalline quality of the synthesized Bi2Se3 nanostructures increases gradually, and the crystallization quality tends to be stable after about 10min. The surface size of Bi2Se3 nanostructures increases continuously, and the intensity of Raman peaks increases first and then decreases. The atomic ratio of Se to Bi decreases. Finally, the optimum growth time was found to be 10-20 min. (4) graphene was grown on copper foil by chemical vapor deposition and transferred to SiO2 substrate by wet method. Bi2Se3, was synthesized by using graphene as buffer layer to investigate the effect of graphene on the preparation of Bi2Se3 nanoparticles. The addition of graphene helps to improve the crystallization quality of Bi2Se3 nanocrystals, and makes the growth of Bi2Se3 nanoparticles along the C-axis more obvious. In addition, the in-plane vibration peak E2g of Bi2Se3 is red-shifted due to the addition of graphene.
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM21;TB383.1

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2297344