[发明专利]多通道拓扑绝缘体结构、制备方法及电学器件

权利要求书

1.一种多通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，包括：绝缘基底、多个拓扑绝缘体量子阱薄膜和多个绝缘间隔层，所述多个拓扑绝缘体量子阱薄膜和多个绝缘体间隔层交替的叠加在所述绝缘基底表面，相邻的两个所述拓扑绝缘体量子阱薄膜之间通过一个所述绝缘间隔层间隔；

所述拓扑绝缘体量子阱薄膜的材料由化学式M_yN_z(Bi_xSb_1-x)_2-y-zTe₃表示，其中0x1，0≤y，0≤z，且0y+z2，M或N为Cr、Ti、Fe、Mn或V；

所述绝缘间隔层为纤锌矿结构的CdSe、闪锌矿结构的ZnTe、闪锌矿结构的CdSe、闪锌矿结构的CdTe、闪锌矿结构的HgSe或闪锌矿结构的HgTe；

相邻的所述拓扑绝缘体量子阱薄膜和所述绝缘体间隔层的晶格匹配，共同形成一超晶格结构。

2.根据权利要求1所述的多通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，相邻的所述拓扑绝缘体量子阱薄膜和所述绝缘体间隔层的晶格常数的比值为1:1.1～1.1:1。

3.根据权利要求1所述的多通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，所述绝缘间隔层和所述拓扑绝缘体量子阱薄膜均通过分子束外延生长形成，任一所述绝缘间隔层的分子束外延生长温度和任一所述拓扑绝缘体量子阱薄膜的分子束外延生长温度之间的差异，任意两个拓扑绝缘体量子阱薄膜的分子束外延生长温度之间的差异，以及任意两个绝缘间隔层的分子束外延生长温度之间的差异均小于或等于100℃。

4.根据权利要求1所述的多通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，所述拓扑绝缘体量子阱薄膜的厚度为5QL至10QL，所述绝缘间隔层的厚度为0.35nm～20nm。

5.根据权利要求1所述的多通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，每个所述拓扑绝缘体量子阱薄膜的材料的所述化学式具有分别相同的M、N、x、y和z。

6.根据权利要求1所述的多通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，还包括叠加在最上层的所述拓扑绝缘体量子阱薄膜上的绝缘保护层。

7.根据权利要求6所述的多通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，所述绝缘保护层包括纤锌矿结构的CdSe、闪锌矿结构的ZnTe、闪锌矿结构的CdSe、闪锌矿结构的CdTe、闪锌矿结构的HgSe和闪锌矿结构的HgTe中的一种。

8.一种如权利要求1至7任一项所述的多通道拓扑绝缘体结构的制备方法，包括：

在分子束外延反应腔体中提供所述绝缘基底；以及

在所述绝缘基底表面通过分子束外延交替生长所述多个拓扑绝缘体量子阱薄膜和所述多个绝缘间隔层。

9.根据权利要求8所述的多通道拓扑绝缘体结构的制备方法，其特征在于，所述多个拓扑绝缘体量子阱薄膜和所述多个绝缘间隔层的生长温度均为150℃至250℃。

10.一种电学器件，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的多通道拓扑绝缘体结构，还包括：

栅电极，用于调控所述多通道拓扑绝缘体结构的化学势；

两个通电电极，相互间隔并分别与所述拓扑绝缘体量子阱薄膜电连接，从一通电电极至另一通电电极的方向为第一方向，用于给所述多通道拓扑绝缘体结构通入沿第一方向的电流；以及

三个输出电极，相互间隔并分别与所述拓扑绝缘体量子阱薄膜电连接，分别用于输出所述多通道拓扑绝缘体结构在第一方向的电阻及第二方向的电阻，所述第二方向垂直于所述第一方向。

11.根据权利要求10所述的电学器件，其特征在于，每一所述通电电极和每一所述输出电极分别与所述多个拓扑绝缘体量子阱薄膜电连接，从而使所述多个拓扑绝缘体量子阱薄膜并联。