拓扑绝缘体Bi 2 Se 3 与TiO 2 复合薄膜材料异质结构光电探测器理论与实验研究

发布时间：2025-07-03 02:23

　　拓扑绝缘体近些年才被人们所熟知,作为凝聚态物理领域研究的热点半导体材料,其与一般半导体不同之处体现在其具有表面导电而体态绝缘的特性,导电的边缘态穿过费米面,连接导带底和价带顶,这主要是由于拓扑绝缘体材料体能带受时间反演对称性保护的作用。以拓扑绝缘体Bi₂Se₃为例,其拥有0.3e V左右的禁带宽度,并具有独特的能带结构以及奇特的光学和电学性质,而且对太阳光有很强的光吸收。而Ti O₂材料作为光催化剂的典型代表,具有良好的光稳定性和光敏性,被广泛用于太阳能电池、污染物降解和光电传感器等领域。Bi₂Se₃与Ti O₂复合材料作用到太阳能电池中有望提高太阳能电池对太阳光的利用率,在本文中将拓扑绝缘体Bi₂Se₃与Ti O₂利用分子束外延法形成复合材料,成功将拓扑绝缘体应用延伸到光电探测领域。这将大大推进拓扑绝缘体应用到实际生活的进程。本文先介绍了拓扑绝缘体及其复合材料的研究现状。实验利用分子束外延法...

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.0 引言
    1.1 拓扑绝缘体简介
    1.2 霍尔效应与自旋霍尔效应
        1.2.1 霍尔效应
        1.2.2 自旋霍尔效应
    1.3 三维拓扑绝缘体的发展
        1.3.1 Bi₂Se₃族材料
        1.3.2 Bi₂Se₃族材料的晶格结构
        1.3.3 Bi₂Se₃族材料的电子结构性质
    1.4 TiO₂及拓扑绝缘体在光电领域的研究
    1.5 本文主要内容
第二章 分子束外延法制备原理和系统组成
    2.1 拓扑绝缘体的制备方法
        2.1.1 脉冲激光沉积法(PLD)
        2.1.2 化学气相沉积法(CVD)
        2.1.3 金属有机物化学气相法(MOCVD)
        2.1.4 分子束外延法(MBE)
    2.2 分子束外延的实验原理及系统组成
        2.2.1 真空泵串并联系统
        2.2.2 冷却控温系统
        2.2.3 不间断电源系统
        2.2.4 真空传样系统
        2.2.5 外延生长系统
        2.2.6 原位表征监测系统
    2.3 本章小结
第三章 高质量Bi₂Se₃薄膜制备流程及性能研究
    3.1 TiO₂衬底上制备高质量Bi₂Se₃ 薄膜流程
        3.1.1 实验设备和原材料准备
        3.1.2 真空样品传输室(Load-Lock)破真空
        3.1.3 衬底准备
        3.1.4 传入衬底
        3.1.5 衬底除气
        3.1.6 外延生长Bi₂Se₃薄膜
        3.1.7 传出生长样品
    3.2 Bi₂Se₃外延层质量影响因素
        3.2.1 温度条件对Bi₂Se₃薄膜质量的影响
        3.2.2 Bi/Se流量比对Bi₂Se₃ 薄膜质量的影响
        3.2.3 衬底因素对Bi₂Se₃薄膜质量的影响
    3.4 本章小节
第四章 Bi₂Se₃/TiO₂复合材料光电性能研究
    4.1 Bi₂Se₃/TiO₂复合材料的制备及性能研究
        4.1.1 Bi₂Se₃/TiO₂复合材料的制备
        4.1.2 Bi₂Se₃/TiO₂复合材料XRD表征
        4.1.3 Bi₂Se₃/TiO₂复合材料SEM表征
    4.2 Bi₂Se₃/TiO₂复合材料的光吸收性能
        4.2.1 200nm⁸00nm波段的光吸收性能研究
        4.2.2 800nm¹500nm波段的光吸收性能研究
    4.3 Bi₂Se₃/TiO₂光电探测研究
        4.3.1 拓扑绝缘体特性优势
        4.3.2 Bi₂Se₃/TiO₂光电探测器制作
    4.4 Bi₂Se₃/TiO₂探测器的光响应
        4.4.1 波长对光电探测器的影响
        4.4.2 Bi₂Se₃/TiO₂探测器的响应度
        4.4.3 Bi₂Se₃/TiO₂探测器的高频响应特性
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
    1 )参加的科研项目
    2 )发表的学术论文



本文编号：4055618