Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Khảo sát cấu hình nhám từ cường độ hấp thụ tích hợp trong giếng lượng tử InGaAs-GaAsSb

DAI HOC HUB TRUONG DAI HOC SU PHAM LE NGUYEN THI TRA MY KHAO SAT CAU HINH NHAM TỪ CƯỜNG ĐỘ HẤP THU TÍCH HỢP TRONG GIBNG LUGNG TU InGaAs/GaAsSb Chuyên ngành: VẬT LÝ LÝ THUYẾT VÀ VẬT LÝ TOÁN Mã số _ : 8140103 LUẬN VAN THAC Si VAT LÝ THEO DINH HUONG NGHIEN CUU Người hướng dẫn khoa học PGS TS ĐINH NHƯ Huế, năm 2018 THẢO 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 cơng bồ bất trình nghiên cứu khác Huế, tháng năm 2018 Tác giả Luận văn Lê Nguyễn Thị Trà My 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 văn, Qua đây, xin chân thành cảm ơn quý Thảy, y, Cô o khoa Vật Lý phòng Dào tạo Sau đại học, Trường Dại học Sư phạm, Dại học Huế; bạn học viên Cao học khóa 25 gia đình, bạn bè động viên, góp ý, giúp đỡ, tạo điều kiên cho tơi q trình học tập thực Luận Huế, tháng năm 2018 Tác giả Luận văn Lê Nguyễn Thị Trà My MUC LUC Trang phụ bìa Lai cam doan Lời cảm ơn Mục lục Danh sách hình vẽ MỞ ĐẦU i ii iii NOI DUNG 10 Chương CƠ SỞ LÝ THUYET 10 LL Tổng quan vật liệu bán dẫn IiGaAs/GaAs§b 1.11 Các thơng số cđa bán dẫn InGaAs 1.12 Các thông số bán dẫn GaAsSb, 1.13, Cae thong s6 cia ban dẫnthấp chiều IiGaAs/GaAs§b 12 Dặc điểm cđa khí điện tử hai chiều 13 Co ché tán xạ khí điện tử hai chiều 14 Khao sét loại giếng lượng tử 1⁄4.1 Giếng lượng tử vng góc sâu võ hạn 1⁄42 14.3 Giếng lượng tử vng góc sâu hữu hạn Giống lượng tử parabol 10 10 u 12 ul 16 19 19 20 2B 144 Giếng lượng tit thé tam 15 Gi phương trì Schrưdinger phương pháp biến phân 26 Chuong KHAO SAT CAU HINH NHAM BE MAT 'TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ InGaAs/GaAsSb 2⁄1 Mơ hình giếng lượng tử hình thành dị cầu trúc bán din InGaAs/GaAsSb 30 30 3.11 Giếng lượng tử hình thành chuyển tiếp dị chất đơn InGaAs/GaAssb 3.12 Giếng lượng tử hình thành chuyển tiếp dị chat kép GaAsSb/InGaAs/GaAsSb 3⁄2 Các đại lượng đặc trưng cấu hình nhám 2.3, Ảnh hưởng xạ nhám bề mặt lên độ rộng vạch phổ 2⁄4 Đặc điểm quang phổ hấp thu 24.1, Đỉnh hấp thụ 24.2 Do rong vạch phổ 2.5, Céich xée định chiều dài tương quan từ liệu quang học Chương KẾT Q TÍNH TỐN VÀ THẢO LUẬN 3.1 Giá trị chiều đài tướng quan A 3.2 Giá trị biên độ nhám A 3:3 So sánh cầu hình nhám vật liệu InGaAs GaAsSb thay đổi tham số giếng lượng tử KẾT LUẬN TAI LIEU THAM KHAO PHỤ LỤC 30 31 38 35 37 37 37 38 40 40 4 45 47 Pal DANH SACH CAC HINH VE LI Cấu trite Zine Blende 1.2 Minh hoa giéng lượng tử vng góc sâu võ hạn 18 Đồ thị hầm sóng hạt giống lượng tử vng góc sâu võ hạn 14 Minh họa giếng lượng tử vng góc sâu hữu hạn 1ã _ Dồ thị xác định giá trị nụ, ta, ; tương ứng với ba mức lượng Eạ, E>, Es 16 Đồ thị hàm sống hạt giống lượng tử vng góc sâu hữu hạn 17 Minh họa giếng lượng tử parabol 18 Đồ thị hầm sóng hạt giếng lượng tử parabol 19 jimh họa giếng lượng tử tam giác 1.10 Đồ thị hàm sóng hạt giống lượng tử tam giác, jimh họa w lượng tử chu tiếp dị chất đơn TnGaAs/ GaAsSb, 2.2 Minh họa giếng lượng tử chuyển tiếp dị chất kép GaAsSb/InGaAs/GaAsSb 3.1 Cường độ hấp thụ tích hợp 1(L,n,,A) giếng lượng tit InGaAs/GaAsSb voi độ rộng giếng = 75 Ả Dường liền nét đường đứt nét biểu diễn kết tính tốn thực nghiệm, đấu mũi tên giá trị chiều dài tương quan tương ứng, 18 19 30 30 22 31 32 41 32 33 Độ rộng vạch phổ Ysa(L,nq; A: A) giếng lượng tử TnGaAs/GaAsSb với rong giéng L = T5 Â Dưỡng liền nét đường đứt nét biểu diễn kết tính tốn thực nghiệm, dấu mũi tên giá trị biên độ nhám 42 Citing hap thu tích hợp I(L,n,,A) giống lượng tử InGaAs/GaAsSb với độ rộng giếng L = 100 Ả Dường liền nét đường đứt nét biểu diễn kết tính tốn thực nghiệm, đấu mũi tên giá trị chiều dài tương quan tương ứng, Độ rộng vạch phổ +sg(E,n,; A;A) giếng lượng tử 4đ InGaAs/GaAsSb với độ rộng giếng Ù = 100 Â Dường liền nét đường đứt nét biểu diễn kết tính tốn thực nghiệm, dầu mũi tên giá trị biên độ nhám 4đ MG DAU 1, Lý chọn đề tài ty, vật liệu bán dẫn đóng vai trị quan trọng khơng thể thiếu việc chế tạo linh kiến diện tử Tuy nhiên việc sử dụng vật liệu bán dẫn khối chưa đáp ứng yêu cầu tạo linh kiện có tốc độ xứ lý nhanh, độ bền cao kích thước nhỏ Từ đầu năm 1990 trở lại vật liêu bán dẫn nano tập trung nghiên cứu để tìm tính chất quan trọng cho khả ứng dụng chúng chế tạo linh kiện điện tử, quang điện tử đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuat [5] V c nghiên cứu tính chất cấu trúc nano cần thiết để đáp ứng yí cầu tạo linh k n siêu nhanh, siêu tiết kiêm, siêu bền siêu nhỏ H Ngày Cấu trúc vật liêu thấp chiều trở thành trung tâm ý thể nhà vật lý chiếm vị trí chủ đạo vật lý chất rấn k é dén số cấu trúc thấp chiều giếng lượng tử, dây lượng tử chấm lượng tử Chúng ta chủ yếu tập trung vào cấu trúc giếng lượng tử [2] Giéng lượng tử thường phân loại theo loại thé giam giữ, ví dụ giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn, giếng lượng tử vng, sóc sâu hữu hạn, giếng lượng tit thé parabol giếng lượng tử tam giác Giéng lượng tử cầu trúc vật liệu điện tử lỗ trồng bị giam giữ chiều, chúng có hai bậc tự Các khảo sát lý thuyết chủ yếu dựa hàm sóng, phổ lượng thu nhờ giải phương trình Sehrưdingor với mơ hình giam giữ khác [2] Trong cầu trúc có kích thước nhỏ thấp chiều quy luật lượng tử bắt đầu có hiệu lực, trước hết thơng qua biến đổi phổ năng, lượng đặc trưng Các cấu trúc lượng tử bán dẫn biểu nhiều hiệu ứng, học lượng tử áp dung cho việc phát triển linh kiện điện tử quang điện tử dựa tượng hấp thụ quang chuyển dời trạng thái lượng tử vùng dẫn hay vùng hóa trị hệ thấp chiều Sự chuyển đời cho nhiều đặc tính vật lý quan trọng việc phát triển linh kiện khả điều khiển bước sóng hay diều chỉnh thời gian hồi phục nhờ kỹ thuật vùng Những lĩnh kiện quan trọng tạo máy dò xạ hồng ngoại dựa giếng lượng tử hay laser nhiều tầng lượng tử với hệ vật liệu InGaAs/InA]As hay GaAs/ AlGaAs phương pháp môi cấy epitaxy [| “Trong dị cấu trúc bán dẫn, chỗ tiếp giáp hai vật liệu, khơng tương thích số mạng nguyên tử hai loại vật liệu lân lượt chiếm vị trí nút mạng cách ngẫu nhiên làm cho mặt tiếp giáp bị nhám Sự nhám bề mặt tượng thăng giáng, xi iy trén bé mat voi nhiu cu hinh bé mit nhém khéc Điều làm thay đổi điều kiên biên hàng rào giam giữ hạt tải theo phương giam giữ gây tần xạ hạt tải Cơ chế tần xạ gọi tần xa nhầm bề mặt truyền thống Các loại tán xạ liên quan đến độ nhá bể mật chế tán xạ quan trọng đặc biệt giống lượng tử có kích thước nhỏ, định phần lớn tính chất vận tải đời quang học khác vùng hàm đạng phổ exciton, dị cầu trúc, Các tán xạ hạt, chuyển Vì vậy, cấu hình nhám có vai trị quan trọng việc nghi cứu tính chất dị cầu trúc, Cầu hình nhám xác định hai tham số biên độ nhám chiều dài tương quan [1| InGaAs hợp chất In, Ga As Trong đó, In Ga nguyên tổ thuộc nhóm IHI Äs ngun tố thuộc nhóm V, Vì hợp chất làm từ hai nhóm hố học gọi hợp chất HI-V InGaAs ditge coi hợp chất GaAs InÀs Trong cấu trúc giống, lượng tử InGaAs/GaAs8b, điện tử bị giới hạn vùng dẫn lớp InGaAs lỗ trồng giới hạn vùng hóa trị lớp GaAsSb [r| Việc thay thơng số i lượng tử InGaAs/GaAs§b tính chất lớp phủ dẫn đến thay đổi cấu trúc céu dẫn hay đến cứu vùng lượng bước sóng phát xạ Việc nghiên cứu sử dụng tric InGaAs/GaAsSb hứa hẹn tạo thiết bị phát bước sóng đài so với thiết bị [8] Các vật liệu bán thấp chiều InGaAs/InAlAs, GaAs/AIGaAs, InGaAs/GaAsSb hợp chất Nitơ nhóm III AIGaN/GaN vật liệu nhà khoa học quan tâm nghiên cứu ứng dụng, liên quan giam giữ giếng lượng tử có nhiều cơng trình nghiền Những năm gần đây, nước ta có số nghiên cứu lĩnh vực Năm 2011, Luận văn Thạc sĩ của mình, tác giả Hồ Thanh Hỏng tiền hành nghiên cứu độ linh đông diện tử ứng với chế tần xạ nhám bề mặt dị cầu trúc bán dẫn |5] Tác giả khảo sát nguyên nhân gây nên tán xạ, ảnh hưởng tán xạ nhám bẻ mặt lên độ linh dong điện tử Năm 2015, tác giả Nguyễn Phước Hậu khảo sát cấu hình nhám giếng lượng tử InN/GaN Luận văn Thạc si [3] Hai năm sau, tác giả Dinh Thị Kim Chỉ tiến hành khảo sát cấu hình nhầm thơng qua tỉ số độ rộng phổ giếng, lượng tử InN/GaN Luận văn Thạc si [6] Tuy nhiên, chưa có