三维拓扑绝缘体是一种新的量子物质态，它的体内是有能隙的绝缘体，它的表面态由奇数个自旋极化的狄拉克锥组成。这种表面态是由材料体能带的拓扑结构所决定的，并且受到时间反演对称性的保护，它的存在非常稳定，基本不会受到表面无序和非磁性杂质的影响。理论和实验都证明Bi2Se3是一种三维强拓扑绝缘体材料，它具有最简单形式的单狄拉克锥表面态以及大的能隙，因此非常适合于用来观察拓扑场理论中所预言的奇异量子现象(如Majorana费米子、镜像磁单极子等)，并且还有希望应用到室温自旋电子学器件中。器件的应用需要单晶薄膜，而所有拓扑表面态有趣现象的实现都有赖于能够将材料的费米能级调到带隙中以进入拓扑输运范畴。因此本论文研究了Bi2Se3单晶薄膜的生长和对它的化学势的调控。　　 论文第一部分工作研究了用分子束外延方法在Si(111)衬底上生长Bi2Se3单晶薄膜。获得单晶薄膜的关键一点是用β-√3-Bi消除7×7重构。β-√3-Bi不仅提供了平滑的外延表面，而且在生长开始时还会参与成膜。室温共沉积加退火以及加温共沉积两种生长方法都是有效的，多种分析手段的表征结果表明我们成功制备出了高质量的Bi2Se3拓扑绝缘体单晶薄膜。在我们的实验条件下，沉积的Se、Bi原子总是会稳定地以3:2的化学配比结晶成膜，我们发现富Se的环境对于生长是有利的，薄膜的生长速率是由Bi源的束流决定的，而且它自发的以一种独特的五层模式来进行生长。　　 在论文的第二部分我们处理出绝缘且表面平整有序的SrTiO3(111)衬底，并在上面分子束外延生长出Bi2Se3单晶薄膜。通过以高介电常数的SrTiO3作为衬底和背门电介质，我们实现了门电压对薄膜化学势的大范围调控，并观察到载流子从n型向p型的转变。