MBE를 이용한 단층 TaSe2 샘플 성장

Abstract

분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy)는 박막을 성장시키데에 사용되는 대표적인 기술이다. 가열된 기판에 원자선 또는 분자선을 충돌시켜 샘플을 성장시키는데, 고진공(<10^-9Pa) 환경에서 사용하므로 고순도의 결정을 얻을 수 있으며 반사 고속 전자선 회절(Rheed)장치를 이용해 실시간으로 샘플의 성장을 관찰할 수 있어 샘플 증착의 정도도 정교하게 조절할 수 있다. 이렇게 기를 수 있는 박막 시료 중 학계에서 가장 연구가 많이 되는 것은 TMDC(Transition metal dichalcogenide) 물질이다. TMDC 물질은 층과 층 사이의 결합이 상대적으로 약한 반데르 발스 결합으로 이루어져 있어 단층으로 분리하기가 쉬워 이차원 물질의 연구 소재로 많이 사용된다. 같은 물질이라고 하더라고 덩어리일 때와 박막일 때 보이는 특성이 차이를 보이므로 얇은 박막의 제작 및 연구가 많이 이루어지고 있는데, MBE 기술을 이용하면 이러한 박막을 다른 기술들에 비해 높은 순도로, 원하는 두께로 기를 수 있는 것이다. TMDC 물질 중에서 〖TaSe〗_2 물질의 경우 CDW(Charge density wave) phase와 Superconductivity phase를 갖고있는데, 각 phase간의 전이 온도 차이가 명확하여 온도의 변화로 원하는 상태에 유지하기가 용이하며 각 상태들, 특히 CDW 상태의 연구를 하는 데에 많이 사용되고있다. 이번 실험에서 이러한 〖TaSe〗_2 물질을 MBE 시스템을 이용해 성공적으로 증착하였다.

MBE(Molecular Beam Epitaxy) growth method is a powerful tool for growing thin film samples. One of the representative thin film group of samples is TMDC(Transition metal dichalcogenide). TMDCs host novel electrical, optical, and topological properties that differ from their bulk forms. Growing TMDCs by MBE machine enables to make clean and well-controlled thickness of them. In this experiment, we grew 〖TaSe〗_2, which is a great sample to investigate CDW phase, with home built MBE machine. We present the electronic characterization of single-layer 〖TaSe〗_2 grown by molecular beam epitaxy using a combined angle resolved photoemission spectroscopy, scanning tunneling microscopy, low energy electron diffraction and x-ray photoemission spectroscopy. Then we could optimize the condition and make good growth.