论文部分内容阅读
近几年发现的石墨烯和拓扑绝缘体都因为具有独特的电磁性质和应用前景而引起了科研界广泛关注。本论文对这两种材料进行了研究，主要包括对多层石墨烯插层化合物的超导电性以及三维拓扑绝缘体薄膜的微器件制作两个方面的研究。主要内容如下: (1)我们采用热分解法在SiC衬底上外延生长了高质量多层石墨烯，并使用熔融金属插层反应方法，将熔融的Ca/Li金属合金与石墨烯进行插层反应，获得了多层石墨烯插层化合物。磁性测量和输运测量研究发现，在SiC的C面和Si面上外延的多层石墨烯插层化合物都具有超导电性，最高超导温度达到7K左右。这说明SiC上外延的石墨烯有可能是一个研究石墨烯类二维材料的超导电性的良好材料。 (2)调节三维拓扑绝缘体表面态化学势对于观察其各种新奇现象具有重要意义。但是由于拓扑绝缘体薄膜上下表面化学势的差异，导致使用单个栅极难以完成这个任务。我们采用MBE方法制备了Sb2Te3、(Bi1-xSbx)2Te3及Cr掺杂的磁性拓扑绝缘体薄膜，利用双栅极对其进行电场调制。我们发现背栅和顶栅对薄膜样品中的载流子浓度和载流子类型都具有调节作用，可以实现n型和p型之间的转换。其中Sb2Te3薄膜的载流子浓度可降低至1011/cm2量级，纵向电阻开关比可高达10000％。通过背栅和顶栅的调节也可以改变样品的反常霍尔电阻。这种双栅极调制方法为制备拓扑绝缘体场效应器件提供了一个有效途径。 (3)传统微加工方法对外延生长的拓扑绝缘体薄膜会有破坏作用。我们改进了实验方法以及采用预刻蚀衬底方法来减少和避免这种破坏。在预刻蚀方法中，我们使用紫外光刻方法在STO衬底上预先刻蚀出微器件Hall bar形状，之后进行MBE外延生长。对(Bi1-xSbx)2Te3薄膜的输运测量表明，这种方法对薄膜质量没有明显影响，为以后制作外延薄膜材料微器件提供了一种新的方向。