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研究生：	王君倫 Wang, Chun-Lun
論文名稱：	拓樸絕緣體之微波元件研究 The Study of Topological Insulator Microwave Devices
指導教授：	江佩勳 Jiang, Pei-hsun
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	物理學系 Department of Physics
論文出版年：	2015
畢業學年度：	103
語文別：	中文
論文頁數：	56
中文關鍵詞：	拓樸絕緣體、硒化鉍、Bi_2Se_3 、微波量測、寬頻、S 參數、共平面波導、集總電路、微波導線
英文關鍵詞：	topological insulators, bismuth selenide, Bi_2Se_3, broad-band, S-parameter, lumped circuit
論文種類：	學術論文
相關次數：	點閱：112 下載：2
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本文主要探討拓樸絕緣體的微波實驗，材料主要是硒化鉍（bismuth selenide，Bi_2Se_3），文中提出與其他團隊研究不同的寬頻微波量測方法，目的在於研究微波寬頻頻譜下拓樸絕緣體的動態行為。本文亦包含有關微波實驗中儀器的設置，因實驗需求本實驗需改裝實驗樣品量測桿以符合低溫微波量測之需求，包含微波接頭設計、製作，微波導線裝設等。文中呈現拓樸絕緣體 Bi_2Se_3 薄膜的低溫電阻率量測，並探討微波實驗中，共平面波導對於 S 參數的影響，模擬共平面波導之集總電路（lumped circuit）模型。

The purpose of this dissertation was to investigate the behavior of topological insulator bismuth selenide,Bi_2Se_3 , at low temperature. The idea of microwave broadband measurement of topological insulators is proposed in this dissertation. The installation of our low temperature microwave instruments are mentioned, including the design of 2.9 mm connectors for the sample probe and the semi-rigid cables installation for the sample probe. The low temperature resistivity measurement is also presented. Last, the characteristic of the coplanar waveguide aﬀects the results of our microwave measurements. The lumped circuit model of our coplanar waveguide pattern is discussed.

導論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 8
1 拓樸絕緣體之微波研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2 論文主旨 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 9
理論介紹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .12
1 Bi2Se3 相關理論介紹與先前實驗回顧 . . . . . .  . .. . . . . . . . . . . . . 12
1.1 Bi2Se3 的能帶結構 . . . . . . . . . . . . .  . .. . . . . . . . . . . . 12
1.2 拓樸絕緣體與其邊緣態與表面態 . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .  . 13
1.3 拓樸絕緣體的 Shubnikov-de Haas 震盪 . . . . . . . . . . .. . . . .  . . 17
2 微波相關理論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 23
2.1 共平面波導 coplanar waveguide . . . . . . . . . . . . . ..  . . . . . . 23
2.2 S parameters . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . 24
Bi2Se3 樣品製作方法與步驟. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1 Bi2Se3 薄膜製作 –機械剝離法 . . . . . . . . . . .  . .. . . . . . . . . . . 27
2 Bi2Se3 薄膜定位 . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3 波導圖形製作 . . . . . . . . . . . . . . . . .  .. . . . . . . . . . . . . 28
4 Bi2Se3 薄膜厚度量測 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
儀器設置 . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1 樣品桿波導裝設與製作 . . . . . . . .  . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 32
1.1 樣品桿介紹 . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.2 微波導線裝設 . . . . . . . . . . . . .. ..  . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.3 微波接頭配置 . . . . . . . . . . . . .. .  . . . . . . . . . . . . . . . 33
2 光罩設計 . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1 波導圖形介紹 . . . . . . . . . . . . .  .. . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3 黃光製程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Bi2Se3 的直流測量 . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 44
1 實驗目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2 實驗設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3 目前的測量結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4 分析與討論：薄膜電阻高的原因 . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 46
5 未來工作 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
分析模型之特性探討 . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 49
1 分析模型之目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2 分析模型之實驗設計 . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3 分析模型之樣品資訊 . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4 分析模型之樣品製作與實驗步驟 . . . . . . .  . . . . . . . .. . . . . . . . . . 50
5 結果與討論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
                                

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