i Mưc lưc Danh mưc c¡c vi¸t tt Danh sĂch hẳnh v Danh sĂch bÊng PhƯn m Ưu Chữỡng Tờng quan và vêt liằu nghiản cựu 1.1 iii iv ix 15 C§u tróc dà ch§t AlGaN/GaN 15 1.1.1 C§u tróc dà ch§t 15 1.1.2 CĐu trúc d chĐt phƠn cỹc 17 1.1.3 nh hững cừa iằn tẵch phƠn cỹc lản hiằn tữủng vên chuyn iằn tỷ cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN 19 1.2 1.3 Vªt li»u graphene v penta-graphene 22 1.2.1 Vªt li»u graphene 22 1.2.2 Vªt li»u graphene nanoribbon 25 1.2.3 Vªt li»u penta-graphene 30 1.2.4 Vªt li»u penta-graphene nanoribbon 32 Transistor ë linh ëng i»n tû cao dỹa trản AlGaN/GaN v transistor hiằu ựng trữớng dỹa trản graphene 33 ii Chữỡng PhƠn bố iằn tỷ cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN 38 2.1 Hm sõng bián phƠn cho cĐu trúc d chĐt ỡn ro hỳu hÔn 39 2.2 CĂc thá giam giỳ iằn tỷ cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc pha tÔp iÃu bián 40 2.3 Tờng nông lữủng ựng vợi mởt electron vũng thĐp nhĐt 46 2.4 Kát quÊ tẵnh sè v th£o luªn 50 Ch÷ìng Hi»n tữủng vên chuyn iằn tỷ cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN 56 3.1 Kát quÊ giÊi tẵch 57 3.2 Kát quÊ tẵnh số v thÊo luên 67 3.2.1 ở linh ởng gƠy bi tĂn xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim v tĂn xÔ nhĂm kát hủp 67 3.2.2 So s¡nh vỵi dú li»u thüc nghi»m 69 Ch÷ìng Hiằn tữủng vên chuyn iằn tỷ penta-graphene nanoribbon dÔng biản rông cữa pha tÔp 74 4.1 c tẵnh cĐu tróc 75 4.2 c tẵnh vên chuyn iằn tỷ 81 PhƯn kát luên Danh sĂch cổng bố cừa tĂc giÊ T i li»u tham kh£o 90 93 95 iii Danh mục từ viết tắt Tên Viết tắt Khí điện tử hai chiều (two-dimensional electron gas) 2DEG Armchair penta-graphene nanoribbon AAPGNR Hàm tự tương quan (Autocorrelation function) ACF Mất trật tự hợp kim (Alloy disorder) AD Armchair graphene nanoribbon AGNR Nhám rào (Barrier roughness) BR Nhám kết hợp (Combined roughness) CR Lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density functional theory) DFT Mật độ trạng thái (Density of state) DOS Transistor hiệu ứng trường (Field effect transistor) FET Transistor hiệu ứng trường graphene (Graphene field effect transistor) Graphene nanoribbon Transistor độ linh động điện tử cao (High electron mobility transistor) Transistor hiệu ứng trường cấu trúc dị chất (Heterojunction field effect transistor) GFET GNR HEMT HFET Cấu trúc dị chất (Heterostructure) HS Điốt phát quang (Light Emitting Diode) LED Mật độ trạng thái riêng (Partial density of state) PDOS Penta-graphene PG Penta-graphene nanoribbon PGNR Nhám phân cực (Polarization roughness) PR Giếng lượng tử (Quantum well) QW Sawtooth penta-graphene nanoribbon SSPGNR Zigzag-armchair penta-graphene nanoribbon ZAPGNR Zigzag graphene nanoribbon ZGNR Zigzag penta-graphene nanoribbon ZZPGNR iv Danh sĂch hẳnh v 1.1 Sỹ sưp xáp nguyản tû tr¶n m°t Ga v N cõa tinh thº GaN Mụi tản ch hữợng phƠn cỹc tỹ phĂt [11] 18 1.2 GiÊn ỗ vũng v sỹ hẳnh thnh khẵ iằn tỷ hai chiÃu tÔi bà mt AlGaN/GaN [11] 20 1.3 Sü thay êi mªt ë khẵ iằn tỷ hai chiÃu theo thnh phƯn Al v b· d y AlGaN [11] 22 1.4 Mët sè c§u tróc cõa carbon 24 1.5 Sỹ hẳnh thnh cĂc cĐu trúc carbon tø graphite 25 1.6 C§u tróc graphene v hai dÔng graphene nanoribbon: zigzag v armchair 26 1.7 a) V trẵ pha tÔp B AGNR, b) Pha tÔp N AGNR, c) Pha tÔp B-N AGNR, d) Mổ hẳnh thiát b cừa AGNR pha tÔp B, N hoc ỗng pha tÔp B-N [86] 27 1.8 a) C§u tróc vịng cừa AGNR thuƯn v AGNR pha tÔp B cĂc v trẵ khĂc nhau, b) Phờ I-V cừa AGNR thuƯn v AGNR pha tÔp B v trẵ P4 v P6 tữỡng ựng hẳnh 1.7 [86] 28 1.9 a) CĐu trúc vũng cừa AGNR thuƯn v AGNR pha tÔp B-N kát hủp cĂc v trẵ khĂc nhau, b) Phờ I-V cừa AGNR thuƯn v AGNR pha tÔp B-N ð tr½ P1 [86] 28 v 1.10 a) Sỡ ỗ cĐu trúc nguyản tỷ cừa 8-ZGNR v v trẵ tÔp thay thá khĂc nhau, b) Mổ hẳnh thiát b cừa 8-ZGNR ữủc tổi hõa biản hydro [87] 29 1.11 C§u tróc vịng cõa ZGNR pha tÔp B v trẵ khĂc (a, b, c, d) v ZGNR thu¦n (e) [87] 29 1.12 CĐu trúc vũng cừa ZGNR pha tÔp N ð tr½ kh¡c (a, b, c, d) v ZGNR thu¦n (e) [87] 30 1.13 C§u tróc penta-graphene [39] 31 1.14 C¡c c§u tróc penta-graphene nanoribbon [53] 32 1.15 Sỡ ỗ vũng hẳnh thnh tÔi tiáp giĂp cho mởt HEMT 34 1.16 Mỉ h¼nh HEMT GaN 35 1.17 Mỉ h¼nh transistor hi»u ựng trữớng dỹa trản graphene 36 2.1 Mổ hẳnh pha tÔp iÃu bián cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN 39 2.2 Hm sõng (a) v cĂc thá giam cƯm (b) cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN vợi mêt ở 2DEG ns = ì 1012 cm2 , mêt ở donor NI = ì 1018 cm3 , kẵch thữợc phƠn bố tÔp Ld = 150 A, khoÊng cĂch tứ 2DEG án tÔp Ls = 70 A mêt ở iằn tẵch phƠn cỹc lƯn lữủt l σ/e = × 1012 , 1013 v × 1013 cm2 , ữủc kỵ hiằu tữỡng ựng a, b v c ữớng liÃn nt v ựt nt ựng vợi mổ hẳnh ro hỳu hÔn v mổ hẳnh ro vổ hÔn 51 2.3 H m sâng c§u tróc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN vợi hm lữủng Al hđp kim x = 0.3, mªt ë donor NI = ì 1018 cm3 , mêt ở iằn tẵch phƠn cỹc /e = 1013 cm2 , kẵch thữợc phƠn bố tÔp Ld = 150 A v khoÊng cĂch tứ 2DEG án tÔp Ls = 70 A mêt ở 2DEG lƯn lữủt l ns = 1012 , ì 1012 , 1013 cm2 , ữủc kỵ hiằu tữỡng ùng a, b v c ÷íng li·n n²t v ùt nt ựng vợi mổ hẳnh ro hỳu hÔn v mổ hẳnh ro vổ hÔn 52 vi 2.4 Hẳnh (a), hm sõng cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN vợi hm lữủng Al hủp kim x = 0.3, mêt ở 2DEG ns = ì 1012 cm2 , kẵch thữợc phƠn bố tÔp Ld = 150 A, khoÊng cĂch tứ 2DEG án tÔp Ls = 70 A mêt ở donor lƯn lữủt l NI = 1018 , × 1018 v 1019 cm3 , ữủc kỵ hiằu tữỡng ựng a, b v c Hẳnh (b), hm sõng cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN vợi hm lữủng Al hủp kim x = 0.3, mªt ë 2DEG ns = 1013 cm−2 , kẵch thữợc phƠn bố tÔp Ld = 150 A, mêt ở donor NI = ì 1018 cm3 khoÊng cĂch tứ 2DEG án tÔp lƯn lữủt l Ls = A, 70 A v 150 A ữủc kỵ hiằu tữỡng ựng a, b v c ữớng liÃn nt v ựt nt ựng vợi mổ hẳnh ro hỳu hÔn v mổ hẳnh ro vổ hÔn 54 3.1 ë linh ëng x²t t¡n xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim (AD), tĂn xÔ nhĂm kát hủp (CR) v tờng cĂc tĂn xÔ (Tot) theo mêt ở iằn tẵch phƠn cỹc /e cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc pha tÔp iÃu bián AlGaN/GaN bi¶n ë nh¡m ∆ = A v ë di tữỡng quan = 70 A ỗ th nhä k±m theo mỉ t£ h m sâng cõa c§u tróc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN mêt ở 2DEG ns = 5ì1012 cm2 , mêt ở donor NI = ì 1018 cm3 , kẵch thữợc phƠn bố tÔp Ld = 150 A v khoÊng cĂch tứ tÔp án 2DEG Ls = 70 A; a, b, c ùng vợi giĂ tr mêt ở iằn tẵch phƠn cỹc /e = × 1012 , 1013 , × 1013 cm−2 68 3.2 ë linh ëng x²t t¡n xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim (AD), tĂn xÔ nhĂm kát hủp (CR) v tờng cĂc tĂn xÔ (Tot) theo mêt ở donor NI cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc pha tÔp iÃu bián AlGaN/GaN vợi hm lữủng Al x = 0.3, mêt ở 2DEG ns = ì 1012 cm2 , kẵch thữợc phƠn bố tÔp Ld = 150 A v khoÊng cĂch tứ tÔp án 2DEG Ls = 70 A bi¶n ë nh¡m ∆ = A v ë d i t÷ìng quan Λ = 70 A ỗ th nhọ km theo mổ tÊ hm sõng cừa cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN mêt ở 2DEG ns = ì 1012 cm2 , kẵch thữợc phƠn bố tÔp Ld = 150 A v khoÊng cĂch tứ tÔp án 2DEG Ls = 70 A; a, b, c ựng vợi mêt ë donor NI = 1018 , × 1018 , 1019 cm−3 70 vii 3.3 ở linh ởng xt tĂn xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim (AD), tĂn xÔ nhĂm kát hủp (CR) v tờng cĂc tĂn xÔ (Tot) cĐu trúc d chĐt pha tÔp iÃu bián AlGaN/GaN theo hm lữủng Al x vợi NI = ì 1018 cm3 , Ld = 150 A v Ls = 70 A ChiÃu cao ro V0 (x), mêt ở iằn tẵch phƠn cỹc (x), mêt ở 2DEG ns (x), biản ở nh¡m ∆ v ë d i t÷ìng quan Λ thay êi theo x CĂc chĐm trỏn tữỡng ựng vợi dỳ liằu thüc nghi»m ÷đc o ð 77 K [115] 71 3.4 ë linh ëng x²t tĂn xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim (AD), tĂn xÔ nhĂm kát hủp (CR) v tờng cĂc tĂn xÔ (Tot) vợi mổ hẳnh ro hỳu hÔn cho cĐu trúc Al0.27 Ga0.73 N/GaN (cĂc ỗ th trĂi) v AlN/GaN ( ỗ th phÊi) CĂc kỵ hiằu vuổng ữủc tổ en v cĂc kỵ hiằu vuổng trống lƯn lữủt l dỳ li»u thüc nghi»m o ð 20 K cho c§u tróc Al0.27 Ga0.73 N/GaN v AlN/GaN [144] 72 4.1 a) C§u tróc mët ỉ cỡ s cừa SSPGNR  ữủc tổi hõa biản hydro v pha tÔp nguyản tỷ (Si, N, P) v trẵ, b) Mổ hẳnh linh kiằn cừa SSPGNR thuƯn hoc pha tÔp (Si, N, P) 76 4.2 C§u tróc vòng cõa SSPGNR, Si-SSPGNR, N-SSPGNR v PSSPGNR 78 4.3 Mêt ở trÔng thĂi v mêt ở trÔng th¡i ri¶ng cõa SSPGNR, SiSSPGNR, N-SSPGNR v P-SSPGNR 80 4.4 ỗ th I(V) cừa SSPGNR, Si-SSPGNR, N-SSPGNR v P-SSPGNR 81 4.5 Phê truy·n qua T (E) cõa (a) SSPGNR, (b) Si-SSPGNR, (c) NSSPGNR v (d) P-SSPGNR 83 4.6 C§u tróc vịng i»n cüc trĂi, iằn cỹc phÊi v phờ truyÃn qua tÔi 1.0 V cõa SSPGNR, Si-SSPGNR, N-SSPGNR v P-SSPGNR 84 viii 4.7 C§u tróc vịng i»n cüc tr¡i, i»n cüc phÊi v phờ truyÃn qua cừa N-SSPGNR tÔi a) 0.8V v b) 1.4 V Vòng m u v ng thº hi»n kho£ng iằn thá khÊo sĂt c) v d) TrÔng thĂi tĂn xÔ tÔi nhỳng giĂ tr nông lữủng c biằt cờng iằn thá cho N-SSPGNR vợi isovalue bơng 0.2 87 4.8 C§u tróc vịng i»n cüc tr¡i, i»n cüc ph£i v phê truy·n qua cõa P-SSPGNR tÔi a) 0.5 V v b) 0.9 V Vũng m u v ng thº hi»n kho£ng i»n th¸ kh£o s¡t c) v d) TrÔng thĂi tĂn xÔ tÔi nhỳng giĂ tr nông lữủng c biằt cờng iằn thá cho P-SSPGNR vợi isovalue bơng 0.2 88 ix Danh s¡ch b£ng 1.1 nh h÷ðng cõa t¿ sè c0 /a0 án cữớng ở cừa phƠn cỹc tỹ phĂt nitride nhâm III [11] 17 1.2 H» sè ¡p i»n cõa GaN v AlN c§u tróc wurtzite ữủc dũng tẵnh toĂn [11] 19 4.1 Nhúng thay ời và ở di liản kát tứ cĂc v trẵ ữủc pha tÔp án carbon lƠn cên ChiÃu di ữủc tẵnh bơng ỡn v A 78 4.2 Gi¡ trà Ip , Iv v t số Ip /Iv bốn mău khÊo s¡t 86 PhƯn m Ưu Trong thới Ôi ngy nay, cổng nghằ bĂn dăn l mởt nhỳng lắnh vỹc quan trồng v cõ Ênh hững nhĐt án sỹ ph¡t triºn cõa khoa håc - cæng ngh» Cæng ngh» bĂn dăn l nÃn tÊng cừa x hởi thổng tin,  v ang thúc ây x hởi loi ngữới tián lản vợi nhỳng sỹ thay ời sÊn xuĐt, sinh hoÔt, giao tiáp v thêm chẵ cÊ suy nghắ Trong cổng nghằ bĂn dăn, vêt liằu bĂn dăn õng mởt vai trỏ quan trồng Transistor Ưu tiản ữủc phĂt minh vo nôm 1947 dỹa trản chĐt bĂn dăn gecmani (Ge) vợi ở rởng vũng cĐm nhiằt ở l 0.67 eV [1] MÔch tẵch hủp Ưu tiản ới vo nôm 1958, mÔch tẵch hủp khối xuĐt hiằn vo nôm 1961 sỷ dửng Ge v silic (Si) vợi ë rëng vịng c§m ð nhi»t ë pháng 1.12 eV [2] Tứ nôm 1965, silic tr thnh vêt liằu chẵnh cho cĂc mÔch tẵch hủp bĂn dăn Hiằn nay, phƯn lợn cĂc ngnh cổng nghiằp bĂn dăn, mÔch tẵch hủp hoc pin quang iằn văn dỹa trản silic Silic v gecmani ữủc xem nhữ cĂc chĐt bĂn dăn thá hằ Ưu CĂc chĐt bĂn dăn thá hằ thự hai bao gỗm gallium arsenide (GaAs, ở rởng vũng cĐm nhiằt ë pháng l 1.43 eV) v indium phosphide (InP, ë rëng vịng c§m ð nhi»t ë pháng l 1.35 eV) ữủc giợi thiằu vo nhỳng nôm 1970 BĂn dăn thá hằ thự hai chừ yáu ữủc ựng dửng cĂc thiát b tốc ở cao, thiát b nông lữủng vi sõng v mÔch tẵch hủp Ngoi ở rởng vũng cĐm lỵn hìn, GaAs câ ë linh ëng i»n tû cao gĐp sĂu lƯn v vên tốc trổi bÂo hỏa lợn hỡn hai lƯn so vợi silic Do õ, cĂc thiát b sỷ dửng GaAs phũ hủp cho cĂc hoÔt ởng tƯn số cao Ngoi ra, transistor hiằu ựng trữớng dỹa trản GaAs cụng cõ nhỳng ữu im nhữ ở nhiạu thĐp, hiằu suĐt cao, Tuy nhiản, GaAs cõ ở dăn nhiằt v hiằu iằn thá Ănh thừng km hỡn so vợi cĂc chĐt bĂn dăn nhữ GaN v SiC, dăn án hÔn chá và cổng suĐt Cổng suĐt Ưu tối a cừa transistor hiằu ựng trữớng düa tr¶n ζ z e−qz z > z +∞ Z dz ζ z e−qz z > z −qz dz |ζ (z)| e + Z0 + dz |ζ (z)|2 eqz −∞ +∞ Z z dz |ζ (z)|2 eqz + −∞ +∞ Z z (3.5) = I31 + I32 + I33 + I34 Trong gi¸ng th¸ tam giĂc vợi ro thá hỳu hÔn [55, 135, 136], trÔng thĂi iằn tỷ ữủc mổ tÊ bi hm sõng bao Fang-Howard ÷đc bê sung bði Ando [136]: ζ (z) = Aκ1/2 exp (κz/2) z < 0, Bk 1/2 (kz + c) exp (−kz/2) z > A v B l h» sè chu©n hâa h m sâng Z0 I31 = −∞ dz |ζ (z)|2 e−qz Zz −∞ dz ζ z eqz (3.6) 59 Z0 = Zz ... và vêt liằu AlGaN/ GaN v penta- graphene - Hiằn tữủng giam cƯm iằn tỷ cĂc cĐu trúc nano bĂn dăn - Hiằn tữủng vên chuyn iằn tỷ cĂc cĐu trúc nano bĂn dăn AlGaN/ GaN v penta- graphene nanoribbon dÔng... 1.14: CĂc cĐu trúc penta- graphene nanoribbon [53] 1.2.4 Vêt liằu penta- graphene nanoribbon Tữỡng tỹ nhữ graphene, ngữới ta cõ th tÔo cĂc loÔi penta- graphene nanoribbon cưt penta- graphene theo... dÔng penta- graphene nanoribbon (PGNR) ữủc quan tƠm nghiản cựu l penta- graphene nanoribbon dÔng biản zigzag (ZZPGNR), penta- graphene nanoribbon dÔng biản armchair (AAPGNR), penta- graphene nanoribbon