[发明专利]一种在硅(211)衬底上生长硒化铋高指数面单晶薄膜的方法

权利要求书

1.一种在硅(211)衬底上生长硒化铋(2045)高指数面单晶薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：对晶面取向为(211)的Si衬底进行闪硅处理或者化学腐蚀处理；

步骤2)：升高Bi束流源温度至Bi束流等效压强达到3×10^-8-1.5×10^-7mbar，在步骤1)制得的Si(211)衬底上沉积生长Bi缓冲层；

步骤3)：待步骤2)中生长出Bi缓冲层后，调节Bi束流源温度至Bi束流等效压强达到1×10^-7-1.5×10^-7mbar，升高Se裂解束流源温度至Se裂解束流等效压强达到8×10^-7-2×10^-6mbar，开始Bi₂Se₃形核层的生长；

步骤4)：待步骤3)Bi₂Se₃形核层生长完成后，不中断生长，同时逐渐将Si(211)衬底温度升高至150-200℃范围继续进行Bi₂Se₃高指数面单晶外延薄膜的生长，即得。

2.根据权利要求1所述的一种在硅(211)衬底上生长硒化铋(2045)高指数面单晶薄膜的方法，其特征在于：所述步骤1)具体操作方法为：在以下两种处理方式中选择一种即可：

(1)闪硅处理：将Si(211)衬底置于超高真空分子束外延系统中后，加热至400—500℃除气2小时以上，至背景真空度优于5×10^-10mbar量级，再将Si(211)衬底继续加热至1250℃保持5—10秒，然后将温度降低到250℃；

(2)化学腐蚀处理：将Si(211)衬底置于超高真空分子束外延系统中之前，用浓度为40％的HF溶液腐蚀2—5分钟，然后用去离子水冲洗干净再用高纯氮气吹干，再将衬底置于超高真空分子束外延系统中，加热至400—500℃除气2小时以上，至背景真空度优于5×10^-10mbar量级，再将Si(211)衬底继续加热至850℃保持5—10秒，然后将温度降低到250℃。

3.根据权利要求1所述的一种在硅(211)衬底上生长硒化铋(2045)高指数面单晶薄膜的方法，其特征在于：所述步骤2)具体操作方法为：升高Bi束流源温度至Bi束流等效压强达到3×10^-8—1.5×10^-7mbar，打开Bi束流源挡板开始生长Bi缓冲层，Bi缓冲层的生长厚度为

4.根据权利要求1所述的一种在硅(211)衬底上生长硒化铋(2045)高指数面单晶薄膜的方法，其特征在于：所述步骤3)具体操作方法为：关闭Bi束流源挡板结束Bi缓冲层的生长，将Si(211)衬底温度降低至100℃，调节Bi 束流源温度至Bi束流等效压强至1×10^-7—1.5×10^-7mbar，升高Se裂解束流源温度至Se裂解束流等效压强达到8×10^-7—2×10^-6mbar后，再同时打开Bi束流源与Se裂解束流源挡板开始生长Bi₂Se₃形核层。

5.根据权利要求1所述的一种在硅(211)衬底上生长硒化铋(2045)高指数面单晶薄膜的方法，其特征在于：所述步骤3)中Bi₂Se₃形核层厚度为3—5nm。

6.根据权利要求1所述的一种在硅(211)衬底上生长硒化铋(2045)高指数面单晶薄膜的方法，其特征在于：所述步骤4)具体操作方法为：保持Bi与Se束流不变，不中断生长，同时逐渐将Si(211)衬底温度升高至150—200℃范围内的某个合适的固定温度值保持不变，直至生长结束。