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

DAI HOC HUB TRUONG DAI HOC SU PHAM NGUYEN KHẢO THI MY NHUNG SÁT ĐỘ LINH ĐỘNG CỦA ĐIỆN TỬ TRONG GIENG LUGNG TU InGaAs/GaAsSb Chuyên ngành: VẬT LÝ LY THUYET VA VAT LY TOAN Mã số - : 8440103 THEO DINH HUONG VẬT LÝ NGHIEN Người hướng dẫn khoa học PGS TS DINH NHƯ THẢO Huế, năm 2018 CUU LOICAM DOAN Toi số liệu đồng tác kỳ cơng xin cam doan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, kết nghiên cứu nêu Luận văn trung thực, giả cho phép sử dụng chưa công bồ bất trình nghiên cứu khác Huế, tháng năm 2018 Tác giả Luận văn Nguyễn Thị Mỹ Nhung LOI CAM ON Hồn thành Luận văn tốt nghiệp này, tơi xin bày tư lịng biết ơn sâu sắc đồn thầy giáo PGS T§ Dinh Như Thảo tận tình hướng, dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu thực Luận van, Qua đây, xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô giáo khoa Vật Lý phòng Dào tạo Sau đại học, Trường Dại học Sư phạm, Dại học Huế; bạn học viên Cao học khóa 25, anh chị nghiên cứu sink gia đình, bạn bè động viên, góp ý, giúp đỡ, tạo điều kien cho tơi trình học tập thực Luận văn Huế, tháng năm 2018 Tác giả Luận văn Nguyễn Thị Mỹ Nhung MUC LUC Trang phy bia Lai cam doan Lời cảm ơn Mục lục Danh sách hình vẽ i ii iii NỘI DUNG 11 MỞ ĐẦU Chung TONG QUAN VE MO HiNH GIENG LƯỢNG TỬ VÀ KHÍ ĐIỆN TỬ HAI CHIỀU u 1.1 Tổng quan cấu trúc thấp chiều 12 Tổng quan giếng lượng tử 121 Giống lượng tử vng góc sâu vơ hạn 1.22 Giống lượng tử vng góc sâu hữu hạn 1.23 Giống lượng tử parabol 1.24 Giống lượng tử tam giác 13 Téng quan vật liệu 131 Các hợpc LV 1⁄32 14 Các đặc trưng InGa 1.3.3, Các đặc trưng GaAssb 1.34, Dj céu trúc bán dẫn InGaAs/GaAsSb Các đặc trưng khí điện tử hai chiều 1.4.1, 142 Điện tử trường tuần hoàn Dac trưng khí điện tử hai chiêu tỉnh thể u „> 16 a 25 28 28 31 35 3ã 37 1.4.3 Các chế tán xạ ảnh hưởng đền độ linh động điện tử Chương KHẢO TU TRONG SÁT ĐỘ LINH ĐỘNG GIẾNG LƯỢNG CỦA ĐIỆN TỬ InGaAs/GaAsSb 2.1 Sự phân bố điện tử đị cấu trúc pha tạp diều biến phân cực 2.11 Hàm sóng biến phân dị cấu trúc ứng với hàng rào hữu hạn 212 Thế giam giữ dị cấu trúc pha tạp điều biến phân cực 2.13 Năng lượng toàn phần điện tử vùng thấp 3⁄2 Dộ linh động điện tử giống lượng tử dị cầu trúc pha tạp điều biến InGaAs/GaAsSb 2.2.1 Các phương trình 2.2.2, Hàm tự tương quan cho chế tần xạ dị cầu trúc pha tạp diều biến phân cực 2.23, Do link động diện tử nhiệt độ thấp, Chương KẾT Q TÍNH TỐN VÀ THẢO 41 41 41 43 LUẬN 3.1, Ham s6ng giếng lượng tit InGaAs/GaAsSb 3.2 Khio sát độ linh động điện tit giếng lượng tit InGaAs/GaAsSb 3.21 Sự phụ thuộc độ link động điện tử vào mật độ điện tích phân cực mặt chuyển tiếp 3.22 Sự phụ thuộc độ linh động điện tử vào mật độ điện tử 39 59 60 3.23 Sự phụ thuộc độ linh động điện tử vào mật độ tạp chất 3⁄24 Sự phụ thuộc độ linh động điện tử vào bề dày lớp spacer KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Sơ đồ giếng chiều vng góc sâu vơ hạn 12 Đồ thị hàm sóng hạt giống lượng tử vng góc sâu võ hạn 15 13 Sơ đồ giếng lượng tử vng góc sâu hữu hạn 16 14 Nghiệm đồ thị cho giếng lượng tử vng góc sâu hữu hạn ứng với £ khác 19 Sơ đồ ba mức lượng hàm sóng hạt giống lượng tử vng góc sâu hữu hạn a 16 Sơ đồ giếng lượng tử parabol lữ Đồ thị hàm sóng hạt giống lượng tử parabol 25 18 Sơ đồ giếng lượng tử tam giác 19 Các mức lượng hàm sóng hạt giống lượng tử tam giác 110 Cầu trúc tỉnh thể giả kẽm 28 31 Mầm sống ¢ (2) giống lượng tử tam giác InGaAs/GaAsSb ứng với giá trị ơ/z khác 55 11 32 Ham séng ¢ (2) giéng lutdng tif tam ứng với giá 33 Hầm sóng € (2) ứng với giá 34 Ham sng ¢ (2) ứng với giá gidc InGaAs/GaAsSb trị Ä khác 56 giếng lượng tử tam giác InGaAs/GaAsSb, trị mật độ điện tích điện tử n, khác aT giếng lượng tit tam gide InGaAs/GaAsSb trị bề day lớp spacer L, khac nhaw 58 Biểu diễn phụ thuộc độ linh động điện tử vào mật độ diện tích phân cực mặt chuyển tiếp Z/z ứng 36 vi Ly = 70 A, ny = 0.5 x 101 m3 ÁN, = 50 x 10% m3 Biểu diễn phụ thuộc độ linh động điện tử vào mật độ điện tử m, ứng với L„ = 70 Ä, ø/z = 1x10!” 3đ 38 , ÁN, = 50 x 108 m~3 Biểu diễn phụ thuộc độ linh động điện tử vào mật độ tạp chất cho Ä; ứng với L„ = T0 Â, ø/z = 1x 1017 m2, n, = (.ð x 108 m~2 Biểu diễn phụ thuộc độ linh động 60 61 điện tử vào bề dầy lớp spacer Ly ting voi đ/z = x 10" m~, n, = 0.5 x 10° m 2, Ä, = 50 x 1028 m 59 63 MG DAU 1, Lý chọn đề tài ý đại thập niên gần có bước phát triển mạnh mẽ kéo theo phát triển nhiều ngành khoa học có khoa học vật liệu nói chung va vat liệu bán dẫn nói riêng 'Thành tựu phát triển bật vào cuối năm 80 kỷ XX chuyển hướng đối tượng nghiên cứu từ vật liệu bán dẫn khối sang vật liệu bán dẫn có kích thước nano mét [1] Việc nghiên cứu chế tạo vật liệu có cầu trúc nano góp phần hình thành ngành công nghệ - công nghệ nano Với tốc độ phát triển chóng mắt, cơng nghệ nano làm thay đổi diện mạo ngành khoa học vật liệu giới Khơng dừng lại đó, cơng nghệ nano cịn dự đốn tạo cách mạng khoa học kỹ thuật thé ky XI [| Vật liệu bán dẫn có cấu trúc nano chế tạo cho kích thước theo phương nhỏ quãng đường chuyển động tự trung bình điện tử gọi vật liệu bán dẫn có cầu trúc thấp chiều Trong vật liệu bán dẫn này, hầu hết tính chất điện tử thay đổi, đặc biệt sư xuất hiệu ứng kích thước Hiệu ứng làm thay đổi phổ lượng hàm sóng điện it va lỗ trồng, dẫn đến thay đổi tính chất vật liệu bán dẫn thấp chiều [1| 'Tùy theo điện tử lỗ trồng bị giam giữ chiều hay nhiều chiều mà ta có cầu trúc thấp chiều giếng lượng tử, dây lượng tử, chấm lượng tử |3| Sự giam giữ hạt tải diện hệ thấp chiều làm cho tính lĩnh động chúng tăng cường đáng kể Nhờ khả năng, điều chỉnh tiết nồng độ pha tạp, độ dày lớp bán dẫn, thay đổi giếng giam cằm, dẫn tới thay đổi mật độ trạng thái cấu trúc phổ lượng điện tử Nhờ tính bật, ứng dụng to lớn vật liệu bán dẫn thấp chiều dối với khoa học công nghệ thực tế sống mà vật liệu bán dẫn thấp chiều thu hút quan tâm đặc biệt nhà vật lý lý thuyết thực nghiệm nước Giống lượng tử cấu trúc thấp chiều lớp chất bán dẫn đặt hai lớp chất bán dẫn khác có bề rộng vùng cắm khác nhau, Giống lượng tứ có phổ lượng gián đoạn thay đổi được, đặc biệt giếng lượng tử xem cầu trúc thấp chiều đơn giản chí bị giới hạn chiều nên bần dẫn thấp chiều quan tâm nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực [6] Giếng lượng tử ví dụ điển hình dị cấu trúc Sự vận chuyển điện tử dị cầu trúc đặc trưng độ linh động, khí điện tử hai chiên Độ linh động khí điện tử hai chiều đại lượng có ảnh hưởng mạnh lên khả hoạt động linh kiên điện tử Độ linh động hệ điện tử cao linh kiện hoạt động dưa hệ điên tử có phẩm chất tốt Dộ linh động khí điện tử hai chiều nhiều loại giếng lượng tử khác nghiền cứu nhiều thập niên qua lý thuyết lẫn thực nghiệ tl InGaAs GaAsSb hợp chất HI-V Dối với da số bán dan hợp chất TII-V, độ linh động điện tử lớn nhiều so với độ linh động lỗ trồng Trong cấu trúc giống lượng tử InGaAs/ŒaAsSb, điện tử bị giới hạn vùng dẫn lớp InGaAs lỗ trồng giới hạn vùng hóa trị lớp GaAsSb Việc thay đổi thơng số giếng lượng tử IiGaAs/GaAsSb tính chất lớp phủ dẫn đến thay dỗi u trúc vùng lượng bước sóng phát xạ Việc nghiên cứu sử dụng cấu trúc InGaAs/GaAsSb hứa hẹn