[发明专利]一种具有高自旋极化电子通道的拓扑绝缘体复合薄膜及其制备

摘要

本发明公开了一种具有高自旋极化电子输运通道的拓扑绝缘体异质复合薄膜，由6H‑SiC(0001)或SrTiO₃基片，和在基片上面利用分子束外延技术在超高真空系统中依次生长的拓扑绝缘体6QL Bi₂Se₃和普通半导体3QL Sb₂S₃组成。通过在拓扑绝缘体Bi₂Se₃表面覆盖Sb₂S₃，使复合薄膜的电学性能相较于单纯的Bi₂Se₃薄膜的性能有了显著的提升；狄拉克点由低于价带顶0.1eV变成了高于价带顶0.09eV，费米速度由提升到了，自旋极化率也由0.65提高至0.91；同时，自旋极化电子输运通道宽度由1nm左右提高至3nm，并可根据需要通过增加Sb₂S₃覆盖层的厚度进一步拓宽；Sb₂S₃覆盖层还能减小表面污染，如氧化等，对自旋极化电子流输运通道的影响。

主权项

1.一种具有高自旋极化电子流输运通道的拓扑绝缘体复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜由依次连接的6H‑SiC(0001)基片、Bi₂Se₃薄膜和Sb₂S₃薄膜组成，在分子束外延系统的束源炉中分别装上高纯的Bi、Se、Sb、S原料，将6H‑SiC(0001)基片固定于样品架上；所述薄膜通过如下步骤制备：（1）在分子束外延系统的束源炉中分别装上高纯的Bi、Se、Sb、S原料，将6H‑SiC(0001)基片固定于样品架上；（2）将系统抽至超高真空，并对6H‑SiC基片和原料进行除气处理；（3）给6H‑SiC基片通以直流电，将其加热到1300℃，使表面硅原子蒸发，从而在其表面形成石墨烯薄膜以便进行Bi₂Se₃的外延生长；（4）保持6H‑SiC基片在220℃，先在其上沉积厚度为6QL的Bi₂Se₃薄膜，Bi₂Se₃薄膜沉积过程中Bi、Se蒸发源的温度分别为550℃和230℃；再将6H‑SiC基片温度降至100℃，再在Bi₂Se₃薄膜上外延生长厚度为3QL的Sb₂S₃薄膜，Sb₂S₃薄膜沉积过程中，Sb、S蒸发源的温度分别为500℃和150℃。