Đề tài nghiên cứu tính chất dẫn điện của hệ bán dẫn thấp chiều

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT DẪN ĐIỆN CỦA HỆ BÁN DẪN THẤP CHIỀU ĐỀ TÀI: SV Thực hiện : Trần Văn Duy GV hướng dẫn : Th.S Nguyễn Thị Thuỷ MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Bước sang thế kỷ XXI, các nước trên thế giới đang tích cực nghiên cứu và chuẩn bị cho sự ra đời của một lĩnh vực khoa học công nghệ mới, đó là công nghệ nano. Khi nghiên cứu hệ bán dẫn cấu trúc thấp chiều, cụ thể là cấu trúc một chiều và không chiều, các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều tính chất đặc biệt và hữu dụng của loại vật liệu này. Đặc biệt là tính chất dẫn điện của hệ hoàn toàn khác so với vật liệu khối cùng loại. 2. Nội dụng nghiên cứu • Tìm hiểu về các hệ bán dẫn thấp chiều. • Tính chất dẫn điện của hệ bán dẫn thấp chiều. • Một số phương pháp chế tạo bán dẫn thấp chiều. • Một số ứng dụng của các hệ bán dẫn thấp chiều: Hệ một chiều và hệ không chiều. 3. Mục đích nghiên cứu Hiểu và nắm được cấu trúc điện tử và tính chất dẫn điện của hệ bán dẫn một chiều và không chiều, tìm hiểu một số phương pháp chế tạo bán dẫn thấp chiều. MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ CÁC HỆ BÁN DẪN THẤP CHIỀU CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA HỆ BÁN DẪN THẤP CHIỀU CHƯƠNG 3: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO BÁN DẪN THẤP CHIỀU VÀ ỨNG DỤNG Hệ bán dẫn hấp chiều là các hệ bán dẫn có cấu trúc không gian bị hạn chế theo một, hai hoặc ba chiều mà kích thước có thể so được với bước sóng De Broglie. CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ CÁC HỆ BÁN DẪN THẤP CHIỀU Hệ bán dẫn thấp chiều được chia làm các dạng sau: Sự thay đổi năng lượng vùng cấm CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA HỆ BÁN DẪN THẤP CHIỀU 2.1. Cấu trúc và tính chất điện các hệ thấp chiều 2.1.1. Hệ một chiều (2.1) Giải phương trình Schrödinger ta có năng lượng 2 2 , / 2 ; i j k m ε ε = + h , ( , , ) ( , ) ikz i j x y z y z e φ Ψ = 2 2 2 2 2 2 2 2 . 2 2 y x x y n n k m m L L π ε   = + +  ÷  ÷   h h Mật độ trạng thái (2.5) Khi ε > εi,j Khi ε < εi,j (2.6) Chú ý rằng mật độ trạng thái phân kì là (ε – εi,j)-1/2 tại mỗi ngưỡng vùng con. Chúng được gọi là điểm kì dị Van Hove và ảnh hưởng đến tích chất điện và quang học của hệ 1D. ( ) ( ) , , , , 4 ( ) 2 2 , 2 2( ) i j e z i j i j i j dN m L dk L D dk d hv ε ε π ε ε = = = −h , ( ) 0, i j D ε = Các đỉnh được quan sát khi ánh sáng phát xạ và hấp thụ đồng thời phù hợp với năng lượng giữa điểm kì dị Van Hove thứ nhất và thứ hai tương ứng. Một kênh truyền 1D có dòng điện giới hạn bởi một điện áp được đặt trên hai đầu của nó. Do đó nó có một độ dẫn điện giới hạn ngay cả khi không có sự tán xạ trong dây. 2.1.1. Hệ một chiều b. Dẫn điện trong hệ một chiều Dòng điện chạy qua kênh truyền do vượt quá dịch chuyển bên phải mang mật độ Δn là (2.8) Độ dẫn điện I/V và điện trở V/I hai đầu cuối như sau (2.9) ( ) 2 2 2 2 , R D qV e I nqv qv vq V V L hv h ε = ∆ = = = 2 2 / ; Q G e h = 2 / 2 12906 Q R h e k = = Ω [...]... được dẫn không hoàn toàn, độ dẫn nói chung là Sự lượng tử hóa của độ dẫn điện dẫn lượng tử nhiều lần, xác suất kênh (hình 2.4): ℑđể ) truyền (ε F điện tử qua các được minh họa một cách đáng kể GQ ( ε F ) trong / h ) ℑcác) = ( 2e 2 qua (ε F dữ liệu trong hình 2.5 (2.10) Đây là công thức thường được gọi là côg thức Landauer Đối với một hệ bán 1D với nhiều kênh truyền, chúng ta lấy tổng đóng góp của mỗi... lắp ráp đang nổi lên như một phương pháp mới Công nghệ nano DNA 3.2 Một số ứng dụng của hệ các bán dẫn thấp chiều Transistor một điện tử (SET) Ứng dụng  Điện kế siêu nhạy  Phát hiện bức xạ hồng ngoại  Lập trình logic Transistor một điện tử  Logic vùng điện áp Lazer bán dẫn dựa trên cấu trúc nano một chiều Cám ơn các thầy cô đã theo dõi! ... = RC, với R là điện trở chui hầm đến các điện cực Từ nguyên lý bất định, mức năng lượng sẽ được mở rộng bởi δε ≈ h / δ t = h / RC = ( e 2 / C ) ( h / e 2 ) / R (2.51) 2.1.1 Hệ không chiều b Dẫn điện trong hệ không chiều Dao động cu-lông Spin, tính cách điên Mott và hiệu ứng Kondo TK = 1 (ΓU )1/ 2 exp [ πε 0 (ε 0 + U ) / (ΓU ) ] 2 (2.55) Cooper trong chấm siêu dẫn Kỹ thuật 3: MỘT SỐ thể được chia thành... tác tĩnh điện và về điện dung: U = e2 C α = Cg C , (2.48) Điện áp cổng phụ ΔVg cần thiết để thêm một điện tử nhiều hơn từ một hồ chứa cố định là, từ (2.47), ∆Vg = ( 1 α e ) ( ε N +1 − ε N + e 2 C ) (2.49) Một ứng dụng cơ bản của định luật Gauss đưa ra cho các điện dung và do đó năng lượng tích điện: e2 d U= 4πε 0ε R R + d (2.50) Điện tích cư trú trên các chấm ở một thời điểm δt = RC, với R là điện trở... / (ΓU ) ] 2 (2.55) Cooper trong chấm siêu dẫn Kỹ thuật 3: MỘT SỐ thể được chia thành CHẾ TẠO CHƯƠNG in thạch bản có PHƯƠNG PHÁP hai nhóm chính: BÁN DẪN THẤP CHIỀU VÀ ỨNG DỤNG 1 Phương pháp sử dụng một mặt nạ thấp hay 3.1 Một số phương pháp chế bán dẫn vật lý ,chiều ược gọi 3.1.1 nạ in thạch từ trên xuống là mặtPhương pháp bản, trong đó quang khắc là sử dụng nhiều nhất 2 Phương pháp sử dụng mặt nạ phần... ngược đàn hồi chiều dài   Điện trở trung bình: R = h exp(2 L / le ) 2e 2 (2.30) Đáng chú ý, điện trở tăng lên theo cấp số nhân với chiều dài của mẫu, chứ không phải là tuyến tính Đây là kết quả của sự định sứ do sự giao thoa giữa lượng tử giữa các trạng thái phân tán rối loạn 2.1.1 Hệ không chiều a Cấu trúc điện tử Một ví dụ đơn giản, xét một electron trong một giếng thế hình cầu Do sự đối xứng cầu,... chất pha lỏng Trong cả hai trường hợp, các vật liệu nano được chế tạo thông qua một con đường chế tạo điều khiển bắt đầu từ các nguyên tử hoặc phân tử: Phương pháp pha khí: chúng bao gồm phóng điện hồ quang plasma và tụ hơi hóa học Pha lỏng: phương pháp có uy tín nhất là tổng hợp sol- gel; phân tử tự lắp ráp đang nổi lên như một phương pháp mới Công nghệ nano DNA 3.2 Một số ứng dụng của hệ các bán. .. Xác suất truyền dẫn trên công hưởng thông qua một cấu trúc hai rào cản đối xứng là 1, ngay cả khi truyền dẫn qua từng rào cản riêng lẻ là bé Đây được gọi là cộng hưởng đường hầm Bây giờ xét khi hai rào cản được nối tiếp, nhưng sự gắn kết là không được bỏ qua, với một dây dẫn dài có chiều dài L chỉ gồm một loạt các tán xạ đàn hồi đặc trưng bởi một tán xạ ngược đàn hồi chiều dài   Điện trở trung bình:... mức năng lượng và hàm sóng hài phụ thuộc vào các chi tiết của thế giam giữ riêng biệt Đối với một giếng vô hạn hình cầu, ở đó V = 0 với r < R ε n ,l = h2 β n2,l / ( 2m∗ R 2 ) , Rn ,l ( r ) = jl ( β n ,l r / R ) , r < R (2.38) Các trạng thái tích điện rời rạc Trong gần đúng thomas-Fermi, điện thế cho thêm điện tử thứ (N +1) để một chấm có chứa N điện tử được cho bởi: µ N +1 = ε N +1 − eϕ = ε N +1 + NU... ℑcác) = ( 2e 2 qua (ε F dữ liệu trong hình 2.5 (2.10) Đây là công thức thường được gọi là côg thức Landauer Đối với một hệ bán 1D với nhiều kênh truyền, chúng ta lấy tổng đóng góp của mỗi kênh, từ độ dẫn điện thêm vào mắc song song: ℑ(ε F ) = ∑ ℑi , j (ε F ), (2.11) i, j Từ công thức Landauer (2.10) chúng ta viết lại trở kháng cho trường hợp một kênh theo cách sau: R= h 1 h h ℜ = 2+ 2 , 2e 2 ℑ 2e 2e . dẫn thấp chiều. • Tính chất dẫn điện của hệ bán dẫn thấp chiều. • Một số phương pháp chế tạo bán dẫn thấp chiều. • Một số ứng dụng của các hệ bán dẫn thấp chiều: Hệ một chiều và hệ không chiều. 3 LƯỢC VỀ CÁC HỆ BÁN DẪN THẤP CHIỀU CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA HỆ BÁN DẪN THẤP CHIỀU CHƯƠNG 3: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO BÁN DẪN THẤP CHIỀU VÀ ỨNG DỤNG Hệ bán dẫn hấp chiều là các hệ bán dẫn có cấu. chiều. 3. Mục đích nghiên cứu Hiểu và nắm được cấu trúc điện tử và tính chất dẫn điện của hệ bán dẫn một chiều và không chiều, tìm hiểu một số phương pháp chế tạo bán dẫn thấp chiều. MỞ ĐẦU NỘI