电沉积Bi2Se3薄膜的生长、形貌与晶体结构：衬底的影响

摘要： 在本研究中，我们探究了n-Si、Au和Ru基底上电沉积Bi2Se3薄膜的生长、形貌及晶体结构，确定了能生长出高质量化学计量比薄膜的电位范围。通过成核与生长初期的扫描电镜图像发现，三种基底上的薄膜形成都遵循Volmer-Weber生长模式。在Si基底上可生长出受硅基底外延影响的纯正交相Bi2Se3，其法拉第效率约为90%；而Au和Ru基底上主要形成三方相薄膜，法拉第效率相对较低（分别为68%和78%）。在更负电位下于Au基底生长的Bi2Se3薄膜显示出三方晶相的改善。低温退火能使正交相或混合相晶体结构转变为纯三方相，原位拉曼光谱测定显示Au基底上混合相Bi2Se3薄膜的相变起始温度约为125°C。除温度外，热处理时长对该相变过程也起关键作用。基于室温沉积的研究结果，我们得出结论：Si基底上易形成纯正交相，而Au和Ru基底上可获得三方相或混合相的Bi2Se3薄膜。