[发明专利]一种Ce掺杂拓扑绝缘体碲化铋单晶薄膜的制备方法

权利要求书

1.一种Ce掺杂拓扑绝缘体碲化铋单晶薄膜的制备方法，其特征在于，将Ce源、Bi源和Te源作为蒸发源，对衬底除气后，将衬底传至分子束外延设备的分子束外延腔，然后调节衬底温度，待其稳定后，使蒸发源和衬底在预设的源温度下生长。

2.根据权利要求1所述的一种Ce掺杂拓扑绝缘体碲化铋单晶薄膜的制备方法，其特征在于，通过控制Ce源生长时间，控制生长单晶膜的厚度。

3.根据权利要求2所述的一种Ce掺杂拓扑绝缘体碲化铋单晶薄膜的制备方法，其特征在于，计算得到不同掺杂浓度的Ce蒸发源束流与Bi蒸发源束流之比，以及生长速率公式，所述生长速率公式为F＝14.1383744·f_Bi+14.4246247·f_Ce，f_Bi是实际得的Bi蒸发源束流，f_Ce是实际得的Ce蒸发源束流。

4.根据权利要求1所述的一种Ce掺杂拓扑绝缘体碲化铋单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述Ce源设的源温大于等于1280℃。

5.根据权利要求1所述的一种Ce掺杂拓扑绝缘体碲化铋单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述Ce源预设的源温为1280-1420℃。

6.根据权利要求1所述的一种Ce掺杂拓扑绝缘体碲化铋单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述生长前衬底温度为240℃-250℃。

7.根据权利要求1所述的一种Ce掺杂拓扑绝缘体碲化铋单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述除气过程中除气温度为450-500℃。

8.根据权利要求1所述的一种Ce掺杂拓扑绝缘体碲化铋单晶薄膜的制备方法，其特征在于，生长时所述衬底温度为260-290℃。

9.根据权利要求1所述的一种Ce掺杂拓扑绝缘体碲化铋单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述衬底为4H-SiC外延石墨烯。

10.根据权利要求1所述的一种Ce掺杂拓扑绝缘体碲化铋单晶薄膜的制备方法，其特征在于，在制备之前，主要包括以下步骤：

S1.用砂纸或者锉刀将金属铈打磨干净，直至出现金属光泽；

S2.将打磨好的金属铈、金属铋以及碲丸分别放入三个不同的分子束外延成膜用蒸发器蒸发源中，并安装到分子束外延设备上；

S3.对分子束外延系统进行烘烤，烘烤温度设定为140-150℃，烘烤时间为72-96小时。

S4.打开机械泵，当分子束外延设备真空达到0.1-0.5mbar时，打开分子泵，当真空达到1-2×10^-7mbar时，则打开离子泵，烘烤结束时真空度为10^-10mbar。

S5.烘烤结束后，对存放样品的样品台加热除气至200-250℃并保持24-48小时，对装有金属铈的K-Cell蒸发源加热除气至1500℃并保持48-72小时，对装有金属铋的K-Cell蒸发源温度加热除气至540℃并保持12-16小时，对装有金属碲的K-Cell蒸发源温度加热除气至320℃并保持5-8小时，每一步除气操作中真空都不能超过1×10^-7mbar，并直至分子束外延设备真空优于5×10^-9mbar才可进行下一步除气操作。

S6.使用石墨烯生产炉进行4H-SiC外延石墨烯衬底的烧制；

S7.将制成的石墨烯衬底以及一片导电4H-SiC紧贴上下放置，安装在样品托上，并将其放置在分子束外延进样腔。

S8.在进样腔中抽气待2小时以上之后，传至预处理室，对导电4H-SiC进行直流加热，使石墨烯衬底表面杂物蒸发，保持干净平整的表面，保证外延生长的质量，加热电流缓慢升高到1A，此时石墨烯温度为500℃，加热过程中真空不超过1×10^-7mbar，除气直至分子束外延设备真空优于1×10^-9mbar。