Nanostrukturētu bismuta halkogenīdu plānu kārtiņu sintēze un to stabilitātes noteikšana dažādās vidēs

Abstract

Topoloģiskie izolatori (TI) ir materiāli, kuru virsma ir elektriski vadoša, bet to tilpums ir elektriski izolējošs. Lielākajai daļai topoloģisko izolatoru ir teicamas termoelektriskās īpašības. Tomēr, neskatoties uz pēdējo gadu straujo attīstību topoloģisko izolatoru jomā, TI pielietojumi praktiskās ierīcēs ir salīdzinoši jauna un neizpētīta nozare. Šajā darbā, izmantojot bezkatalizatora fizikālo tvaiku iztvaicēšanu, tika sintezētas planāras, neplanāras un ultraplānas bismuta (III) selenīda un bismuta (III) telurīda plānās kārtiņas. Tika izstrādāta jauna metode ultraplānu (<15 nm) plāno kārtiņu sintēzei. Iegūtās nanostrukturētas plānās kārtiņas, kurām piemīt gan topoloģisko izolatoru, gan izteiktas termoelektriskās īpašības, tika raksturotas pēc to Zēbeka koeficientiem, elektriskās vadītspējas, lādiņnesēju kustīguma, lādiņnesēju koncentrācijas un jaudas faktora. Virsmas struktūra tika pētīta, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopu un atomspēku mikroskopu. Papildus elektrisko un termoelektrisko īpašību raksturošanai, bismuta halkogenīdu plānajām kārtiņām tika noteikta elektrisko īpašību stabilitāte. Bismuta halkogenīdu elektriskās impedances atkarība no relatīvā mitruma tika noteikta gan inertā, gan ķīmiski aktīvā skābekļa atmosfērā.

In recent years a lot of different studies have been conducted in order to explore the fundamental properties of topological insulators (TIs). The bulk of a TI works as an insulator, its surface is conducting. Most topological insulators also exhibit excellent thermoelectric properties. However, the use of TI materials for practical device applications is still relatively undiscovered. In this work catalyst free physical vapour deposition was used to synthesize planar, non-planar and ultrathin bismuth (III) telluride and bismuth (III) selenide thin films. A new method of synthesis was developed for the synthesis of ultrathin films. The thin films, which are topological insulators with good thermoelectric properties are characterized in terms of their Seebeck coefficient, electrical conductance, mobility, and charge carrier density. The surface morphology is characterized using a scanning electron microscope and an atomic force microscope. Additionally to characterizing the electric and thermoelectric properties of the thin films, their electrical stability is measured. The change in electrical impedance is measured with varied relative humidity in both inert and reactive atmospheres.