Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Khảo sát độ linh động của điện tử trong giếng lượng tử InAs-GaAs

BO GIAO DUC VA DAO TAO DAI HOC HUB TRUONG DAI HOC SU PHAM NGUYEN THI THUY KHAO SAT DO LINH DONG CUA DIEN TU TRONG GIENG LUGNG TU InAs/GaAs Chuyên ngành: VẬT LÝ LÝ THUYẾT VÀ VẬT LÝ TOÁN Mã số _ : 60 4401 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THEO DINH HƯỚNG ỨNG DỤNG Người hướng dẫn khoa học PGS.TS DINH NHƯ Huế, Năm 2017 THẢO LOI CAM DOAN Toi xin cam đoan liệu kết nghiên đồng tác giả cho phép công trình nghiên cơng trình nghiên cứu riêng tôi, số cứu nêu luận văn trung thực, sử dụng chưa công bố bắt kỳ cứu khác, Huế, thắng năm 2017 “Tác giả luận văn Nguyễn Thị Thúy LOI CAM GN Toi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo PGS TS Định Như Thảo, người thầy với sư quan tâm thường xuyên tận tuy, với tắm lịng nhiệt tình, giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu, hướng dẫn tơi hồn thành luận văn ‘Toi xin chân thành cảm ơn Thầy Cô Khoa Vật Lý Phòng Dào tạo Sau Dại học, Trường Dại học Sư phạm - Dại học Huế Thầy Cô Khoa Vật Lý Trường Đại học Khoa Học - Đại học Huế; bạn học viên cao học khóa 24 gia đình bạn bè động, viên, góp ý giúp đỡ tơi suốt q trình học tập thực luận văn Huế, tháng nam 2017 “Tác giả luận văn Nguyễn Thị Thúy MỤC LỤC ‘Trang phy bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục ii iii coe DANH MỤC CAC DO THỊ Danh sách bing M6 DAU NOI DUNG " sẻ Chương CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Tổng quan cầu trúc thấp chiều 1.2 Tổng quan giống lượng tử 1.2.1 Giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn 1.2.2 Giếng lượng tử vng góc sâu hữu hạn 1.2.3 Giếng lượng tử parabol 1.2.4 Giếng lượng tử tam giác 1.3 Tổng quan vật liệu 1.3.1 Các đặc trưng của GAAs 1.3.2 Các đặc trưng của InAs 1.3.3 Các thông số bán dẫn thấp chiều InAs/GaAs 1-4 Các đặc trưng khí điện tit haie " 1.4.1 Điện tử trường tuần hoàn tỉnh thể 1.4.2 Dae trimg khí điện tử hai chiều : 1.4.3 Giải phương trình Schrodinger phương pháp biến phân "¬ 1.4.4 Đặc trưng khí điện tử hai chiều 13 18 18 14 16 19 22 22 2 25 GIENG LUGNG TU InAs/GaAs 3.1 Sự phân bồ dị cầu trúc điều biến phân cực 2.1.1 Hàm sóng biến phân dị cấu trúc ứng với rào : hữu hạn 2.1.2 Hàm sóng biến phân dị cấu trúc ứng với rào hữu hạn 2.1.3 Năng lượng toàn phần điện tử vùng thấp "¬ 3.2 Độ linh động điện tử nhiệt độ thấp dị cầu trúc pha tap điều biến IAs/GaAs 2.2.1 Các phương trình 3.2.2 Hàm tự tương quan cho chế xạ di cấu trúc pha tap điều biến phân cực 2.2.3 Mat trat ty hop ki " (AD) 3.2.4 Độ nhám gây nên bề mặt phân cực 2.2.5 Dộ linh động điện tử nhiệt độ thấp 3.1 Hàm sóng giếng lượng tử tam giác 3.2 DO linh de ig cia điện tử giếng lượng tử tam giác InAs/GaAs 3.2.1 Sự phụ thuộc độ linh động điện tử vào mật độ điện tích phân eựe mặt chuyển tiếp 3.3.2 Sự phụ thuộc độ linh động điện tử vào mật độ củađiện tử 3.2.3 Sự phụ thuộc độ linh động điện tử vào mật độ tạp chất cho Chương KẾT QUẢ TÍNH SỐ VÀ THẢO LUẬN InAs/GaAs £6 Chuong DO LINH DONG CUA DIEN TU TRONG 47 49 5L 52 3.2.4 Sut plu thud đày lớp dem KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC h động điện tử DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ DO thi 1.1 Minh hoa Đồ thị 12 Biểu điển tng góc Đồ thị 1.3 Minh họa Đồ thị 14 Đồ thi 1.5 Đồ thị 16 Đồ thi L.7 Đồ thị 1.8 Dé thi 1.9 Dé thi 1.10 Dé thi 1.11 DA thi 3.1 giéng lượng tử mng góc sâu hạn _ 15 hàm sóng hạt giếng lượng tử sâu tô hạn - dỗ giếng lượng tử thể mng góc sâu hữu hạn 16 Điểu điển giá trị tương ứng uới ba mức lượng 18 Minh hoa ham séng ctia hat giếng lượng tử tng góc sâu hữu hạn cuc "` Minh họa giếng parabol 19 Minh hoa ham séng ctia hat giếng lượng tử ẳẳẲẨẳẨẨG - 20 Minh họa giếng lượng tử tam giác Minh hoa ham séng ctia hat giếng lượng tử tam giác 22 Quy luật tán sắc điện tử chân không 26 Quy luat tán sắc điện tit tink thé © 27 Ham séng ¢(2) giếng lượng tử lam giác InAs/GaAs ứng tối giá trì g(+ khác ø/+ dùng đơn tị 107 m3, ¬— 49 Đồ thi 3.2 Ham séng ¢(2) giếng lượng tử tam giác InAs/GaAs ting uới giá trị N, khác 50 Đồ thị 33 Biểu diễn phụ thuộc độ linh động điện tử uào mật độ điện tích phân cực mặt chuyển tiếp ø() ứng uới L, = TUÄ, n„ = 0.5 x 107m3, N,= 50 + 102m ã1 Đồ thị 3.4 Đồ thị 35 Biểu diễn phụ thuộc độ linh động điện tử trào mật độ điện tit n, ting uới l„ = T0Ä, Ø/z =1*107 m=?, Nị = 50* 109m3 Biểu diễn phụ thuộc độ linh động điện tử mật độ lạp chất cho nạ ứng uới L„ = 10 Ä, Đồ thị 36 52 ny = 0.54107my , Ø/# = 1x 10” mềÊ, Biéu diễn phụ thuộc độ linh động điện tit sào bé day lớp đệm L„ ứng uới Ñ; = 50* 102 m3, ng = 05+ 107 m>8, o/x = 1410" m? 54 DANH SACH CAC BANG Bang 1.1 Tém tit ba kiểu cấu trúc giam giữ lượng tit 13 Bảng 1.9 Các thông số vật liệu bán dẫn GaAs nhiệt độ 300K Bảng L3 Các thông số uật liệu bán dẫn InAs nhiệt độ 300K sac Bảng 3.1 Các số uất lý 23 48 MG DAU Ly chon dé tai “Trong năm gần đây, nhờ phát triển mạnh n tủa khoa học cơng nghệ, người tìm nhiều loại vật liêu mới, có tính vượt trội ứng dụng vào sản xuất đời sống Cùng với ngành khoa học khác, vật lý đại có bước phát triển vượt trội, vật lý chất rắn Nhiều loại chất bán dẫn ứng dụng để sản xuất linh kiện điện tử cỡ nanomet đáp ứng nhiều yêu cầu khác khoa học thực tiễn sống tốc độ xử lí thơng tin, truyền tin, truyền thông, diode phat quang (LED) Việc sử dụng chất bán dẫn so với nguyên liệu cũ có tru điểm tăng tốc độ, giảm kích thước lỉnh kiện tiết kiêm lượng Chính ưu điểm mà giới nhà khoa học sức nghiên cứu loại vật liệu bán dẫn có ngành “Trong vật theo chiều tốc độ cao, tạo sở cho ngành công nghiệp tử khoa học, kỹ thuật công nghệ khác phát triển [1] liệu bán dẫn, tùy theo điện tử lỗ trống bị giam giữ hay nhiều chiều mà ta có cầu trúc bán dẫn thấp chiều {3} Cu thé ta, cfu trie không chiều (chấm lượng tử), cầu trúc chiều (dây lượng tử), cầu trúc hai chiề (giếng lượng tử) Nghiên cứu cầu trúc tượng vật lý cho thấy cấu trúc bán dẫn thấp chiều làm thay đổi đáng kể nhiều đặc tính vật liệu Đồng thời, cấu trúc thấp chiều làm xuất nhiều đặc tính tru việt mà hệ điện tử chuẩn ba chiều khơng có tiêu tốn lượng, tốc độ hoạt động, nhanh, kích thước nhỏ, khả lưu trữl sở phát triển mạnh mẽ thiết bị điện tử đại hệ siêu nhỏ, thông minh đa Với tính ưu việt nó, cấu trúc