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研究生:嚴友志
研究生(外文):You-jhih Yan
論文名稱:Sb2Te3-xSex晶體性質探討
論文名稱(外文):Study of crystal properties of topological insulators of Sb2Te3-xSex
指導教授:周明奇
指導教授(外文):Ming-Chi Chou
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:材料與光電科學學系研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:晶體生長Sb2Te3-xSex拓撲絕緣體
外文關鍵詞:Crystal growthTopological insulatorSb2Te3-xSex
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本實驗使用Bridgman方法生長,所使用的原料為銻(Sb)、碲(Te)與硒(Se),利用手套箱依化學計量比將原料放置於石英管內,透過幫浦與高溫槍設備將所配置好的原料封於石英管中,再將此石英管放置入高溫爐進行晶體生長,經過大約4天的生長過程,即可得到均勻混合後的Sb2Te3-xSex晶體樣品。
本實驗主要研究的晶體為Sb2Te3-xSex,Se為摻雜物,在此以x作為摻雜量,研究摻雜量與拓撲絕緣體(Topological insulators,TIs)相形成之關係,以角分辨光電子能譜儀(Angle resolved photoemission spectroscopy, ARPES )來判定與觀察是否具有拓撲特性,以電子微探儀(Electron probe microanalyzer,EPMA)來分析晶體內部的元素成分,以X光繞射儀(X-ray diffraction,XRD)與穿透式電子顯微鏡(Transmission electron microscope,TEM)來分析Sb2Te3-xSex晶體的結晶結構,並以拉曼光譜儀(Raman spectroscopy)來分析晶體的振動模式與旋轉模式,藉由量測室溫下霍爾效應的結果推導出晶體中主要載子與載子濃度。
由於在大多數的文獻期刊與學術論文中很少仔細研究Sb2Te3-xSex晶體,大部分的文獻都是以薄膜為主體作探討[1-6],因此本論文將利用實驗室長晶之專長,去生長與合成Sb2Te3-xSex晶體,並從塊材中去分析晶體之結構與拓撲特性,有效的統整出不同摻雜量對於Sb2Te3-xSex晶體拓撲特性之影響,並找出Sb2Te3-xSex晶體最佳的生長條件。
Sb2Te3-xSex crystal are grown by Bridgman method. The optimal growth conditions and the effect of different ratios of Te and Se in Sb2Te3-xSex crystal are investigated. By using angle resolution photoelectron spectroscopy(ARPES), the topological properties have been confirmed. Electron probe microanalyzer(EPMA)is used to analyze the compositions of the crystal samples. X-ray diffraction(XRD)and Transmission electron microscope(TEM)results confirm that the as-grown crystal with doping concentration of x=1.5~2.4 belong to the rhombohedral structure and those with x=2.6~3 belong to the orthorhombic structure. The crystal vibration mode and rotation mode are investigated by Raman spectroscopy. The main carrier and carrier concentration in the crystal are deduced from measuring the Hall effect at room temperature.
論文審定書 ⅰ
致謝 ⅱ
摘要 ⅲ
Abstract ⅳ
圖目錄 ⅶ
表目錄 ⅷ
第一章 序論 1
1-1 拓撲絕緣體(topological insulators) 1
1-2 自旋軌道耦合(Spin obit coupling) 2
1-3 能帶反轉(Band reverse) 3
1-4 時間反演對稱性(Time-reversal symmetry,TRS) 4
1-5 研究動機 5
第二章 文獻回顧與理論基礎 6
第三章 實驗內容 10
3-1 實驗步驟 10
3-2 量測設備簡介 13
第四章 實驗結果與討論 17
4-1 樣品形貌 17
4-2 樣品成分分析 18
4-2-1 Sb2Te2Se EPMA分析 19
4-2-1 Sb2Te1.5Se1.5 EPMA分析 20
4-2-1 Sb2Te1.2Se1.8 EPMA分析 21
4-2-1 Sb2TeSe2 EPMA分析 22
4-2-1 Sb2Te0.9Se2.1 EPMA分析 23
4-2-1 Sb2Te0.6Se2.4 EPMA分析 24
4-2-1 Sb2Te0.5Se2.5 EPMA分析 25
4-2-1 Sb2Te0.4Se2.6 EPMA分析 26
4-2-1 Sb2Te0.3Se2.7 EPMA分析 27
4-2-1 Sb2Se3 (無劈裂面)EPMA分析 28
4-2-1 Sb2Se3 (有劈裂面)EPMA分析 29
4-3 X-ray 分析 31
4-3-1 粉末繞射 32
4-3-2 單晶繞射 37
4-3-3 疊圖分析 41
4-3-4 晶體C軸分析 43
4-3-5 JCPDs Card 44
4-4 拉曼光譜分析 46
4-5 霍爾效應分析 54
4-6 拓撲特性分析 59
4-7 TEM分析 62
第五章 結論 66
第六章 參考文獻 67
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