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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:詹東霖
研究生(外文):Dong-LinJhan
論文名稱:Bi2Te3 薄膜之磊晶結構與電性研究
論文名稱(外文):Studies of epitaxial structure and electric property of Bi2Te3 thin films
指導教授:黃榮俊黃榮俊引用關係
指導教授(外文):Jung-Chun Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:物理學系碩博士班
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:53
中文關鍵詞:拓樸絕緣體分子束磊晶系統碲化鉍
外文關鍵詞:topological insulatorMBEBi2Te3
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本論文主要是研究在氧化鋁基板(0001)上利用分子束磊晶系統成長Bi2Te3薄膜,在改變不同的成長條件下,藉由RHEED、AFM、XRD的量測分析。結果發現在成長溫度為330℃,flux_Te⁄flux_Bi =10~15時,我們可以成長出結晶性佳且具有表面平坦度高的Bi2Te3薄膜。在電性量測下,Bi2Te3薄膜的RT曲線在不同的溫度區間有不同的表現,與參考文獻對照,我們發現Bi2Te3薄膜在室溫到100K的區間裡表現出金屬性趨勢,原因是因為Te空缺所造成的雜質帶,貢獻出傳遞的載子而造成的;接著在100K到50K的區間裡,由於低溫的關係,降低載子的傳輸而使得電阻也逐漸上升,所以呈現出半導體的特性;最後在低於50K的區間則是變成了絕緣體的性質。由此可知,Te空缺的多寡除了會影響到Bi2Te3薄膜的載子濃度之外,更會進一步的去影響其物理特性的表現,因此控制Te缺陷是該系統中重要的研究目標。
In the research, the topological insulator Bi2Te3 thin film grown on sapphire(0001) by molecular beam epitaxy (MBE) in different growth conditions have been studied by RHEED, AFM, XRD and R-T measurement. The structure of Bi2Te3 thin films have the crystal orientation and flat surface morphology when the growth condition is 330℃ substrate temperature and flux ratio of Te/Bi is about 10 to 15. In electrical measurement, the R-T behavior of Bi2Te3 thin films is various in different temperature range. According to references, the results present that the electronic properties of Bi2Te3 thin films is metallic between room temperature to 100 K, which is attributed to carrier transport from the impurity band contributed the Te vacancies in Bi2Te3 thin films. In the temperature range from 100K to 50K, the carrier movement gradually is reduced due to low temperature, which result in increasing resistance. The electronic properties of Bi2Te3 thin films is semiconductor. Finally, the characteristics of Bi2Te3 thin films convert to the nature of insulator in the lower temperature range(〈50 K). According to above results, the amount of Te vacancies modulate the carrier concentration in the Bi2Te3 thin film, it also change other physical characteristics of Bi2Te3 thin film. Therefore, the control of Te defect is an important research in Bi2Te3 topological insulator.
第一章序論 1
1-1 簡介 1
1-2 文獻回顧 2
1-2.1 利用MBE在Si(111)基板上成長Bi2Te3 2
1-2.2 改變不同的成長溫度來控制Bi2Te3的電性 5
1-2.3 Bi2Te3之電阻與溫度的關係 6
1-3 研究動機 8
第二章基本理論 9
2-1 薄膜成長理論 9
2-1.1 成長模式 9
2-1.2 成長理論 10
2-2 拓樸絕緣體(Topological Insulator)和Bi2Te3 13
第三章實驗儀器介紹與實驗步驟 15
3-1 分子束磊晶系統 15
3-2 實驗量測儀器 22
3-2.1 X-ray 繞射儀 22
3-2.2 原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscopy,AFM) 23
3-2.3 反射式高能電子繞射儀(RHEED) 28
3-2.4 霍爾效應量測原理 30
3-2.5 直流電阻率量測(DC resistivity measurement) 32
3-3 實驗步驟 33
3-3.1 系統真空環境的準備 33
3-3.2 基板的準備 34
3-3.3 樣品成長 35
3-3.4 樣品量測 36
第四章結果與討論 37
4-1 Bi2Te3的表面結構分析與討論 37
4-1.1 RHEED分析 37
4-1.2 AFM分析 38
4-1.3 X-ray繞射分析 40
4-2 Bi2Te3的電性分析 45
4-2.1 同樣的膜厚,不同的成長溫度 45
4-2.2 同樣的成長溫度,不同的膜厚 47
第五章結論 50
參考文獻 52

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效應,東海大學物理系碩士論文
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