Nghiên cứu một số tính chất của hạt dẫn trong trạng thái kích thích

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI LÊ THỊ HẢI YẾN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA HẠT DẪN TRONG TRẠNG THÁI KÍCH THÍCH Chuyên ngành: Vật lí chất rắn Mã số: 60 44 01 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thế Lâm HÀ NỘI, 2014 LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc thực hoàn thành Trƣờng ĐHSP Hà Nội dƣới hƣớng dẫn Tiến sĩ Nguyễn Thế Lâm. Thầy hƣớng dẫn truyền cho kinh nghiệm quý báu học tập nghiên cứu khoa học để động viên, khích lệ vƣơn lên học tập vƣợt qua khó khăn. Tôi bƣớc tiến hành hoàn thành luận văn với đề tài: “Nghiên cứu số tính chất hạt dẫn trạng thái kích thích”. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng, biết ơn chân thành sâu sắc thầy. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu trƣờng ĐHSP Hà Nội 2, Khoa Vật lý, phòng sau đại học trƣờng ĐHSP Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành chƣơng trình cao học luận văn tốt nghiệp. Cuối xin cảm ơn gia đình, đồng chí đồng nghiệp bạn bè tạo điều kiện, động viên, đóng góp ý kiến quý báu để hoàn thành luận văn này. Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Tác giả Lê Thị Hải Yến LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu tôi, không chép trùng với kết tác giả công bố. Nếu sai hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Tác giả Lê Thị Hải Yến MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1. Lí chọn đề tài 2. Mục đích nghiên cứu . 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 4. Đối tƣợng nghiên cứu . 5. Phƣơng pháp nghiên cứu . 6. Đóng góp CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRANSISTOR MỘT ĐIỆN TỬ 1.1 Mở đầu 1.2 Những nghiên cứu liên quan đến transistor điện tử . 1.2.1 Cấu trúc transistor điện tử . 1.2.2 Chấm lượng tử (Quantum dot - QD) 1.2.3 Nguyên lí hoạt động . 1.2.4 Công nghệ chế tạo 1.2.5 Các hiệu ứng vật lí . 10 1.2.6 Những ứng dụng chấm lượng tử SET . 14 CHƢƠNG MA TRẬN TRUYỀN QUA VÀ MÔ HÌNH LÝ THUYẾT CỦA TRANSISTOR MỘT ĐIỆN TỬ . 16 2.1 Ma trận truyền qua 16 2.2 Thế delta 18 2.2.1 Cơ sở vật lí . 18 2.2.2 Cơ sở toán học . 19 2.3 Hai delta: chấm lƣợng tử . 19 2.3.1 Cơ sở vật lí . 19 2.3.2 Cơ sở toán học . 20 2.4 Dãy tuần hoàn delta: tinh thể 20 2.4.1 Cơ sở vật lí . 20 2.4.2 Cơ sở toán học . 21 2.5 Transistor điện tử . 22 2.6 Mô hình vật lý transistor điện tử . 24 2.7 Đặc tuyến I-V transistor điện tử 28 CHƢƠNG 3. CÁC TRẠNG THÁI KÍCH THÍCH CỦA HẠT DẪN TRONG TRANSISTOR MỘT ĐIỆN TỬ . 31 3.1 Hệ số truyền qua 31 3.2 Mật độ dòng 36 3.3 Mật độ giếng . 40 3.4 Số trạng thái 44 3.5 Đặc tuyến I-V 46 KẾT LUẬN . 50 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Hình ảnh số transistor điện tử . Hình 1.2. Cấu trúc transistor điện tử SET . Hình 1.3. Cấu trúc loại SET khác Hình 1.4. Hình ảnh đƣợc chụp kính hiển vi lực nguyên tử cho thấy SET đƣợc chế tạo trình oxi hóa nano . Hình 1.5. Sự truyền tải điện tử SET Hình 1.6. Điện cực cổng VG điều kiện VD thấp . Hình 2.1. Chuyển động hạt . Hình 2.2. Thế delta Hình 2.3. Hai delta Hình 2.4. Dãy tuần hoàn delta Hình 2.5. Thế “Manhattan skyline” gồm đoạn hữu hạn V(x) = const Hình 2.6. Transistor điện tử . Hình 2.7. Sơ đồ rút gọn transistor điện tử . Hình 2.8. Mô hình vật lí transistor điện tử Hình 2.9. Transistor điện tử với cấu trúc chấm cặp tụ điện xuyên hầm C1 C2,tụ điện cực cổng CG. Nguồn đƣợc nối với đất, điện cực máng V, điện cực cổng VG. Hình 3.1. Sự phụ thuộc hệ số truyền qua T vào lƣợng E chiều dài giếng thay đổi. . Hình 3.2. Sự phụ thuộc hệ số truyền qua T vào lƣợng E độ rộng hàng rào thay đổi . Hình 3.3. Sự phụ thuộc hệ số truyền qua T vào lƣợng E độ rộng hàng rào thay đổi . Hình 3.4. Sự phụ thuộc hệ số truyền qua T vào lƣợng E chiều cao hàng rào thay đổi . Hình 3.5. Sự phụ thuộc hệ số truyền qua T vào lƣợng E chiều cao hàng rào thay đổi . Hình 3.6. Mật độ dòng electron chiều dài giếng thay đổi Hình 3.7. Mật độ dòng electron độ rộng rào thay đổi . Hình 3.8. Mật độ dòng electron độ rộng rào thay đổi . Hình 3.9. Mật độ dòng electron chiều cao rào thay đổi Hình 3.10. Mật độ dòng electron chiều cao rào thay đổi Hình 3.11. Mật độ electron giếng chiều dài giếng thay đổi Hình 3.12. Mật độ electron giếng độ rộng rào thay đổi Hình 3.13. Mật độ electron giếng độ rộng rào thay đổi Hình 3.14. Mật độ electron giếng chiều cao rào thay đổi Hình 3.15. Mật độ electron giếng chiều cao rào thay đổi Hình 3.16. Số trạng thái electron chiều dài giếng thay đổi Hình 3.17. Số trạng thái electron độ rộng rào thay đổi . Hình 3.18. Số trạng thái electron chiều cao rào thay đổi Hình 3.19. Đặc tuyến I-V chiều cao giếng Vm thay đổi Hình 3.20. Đặc tuyến I-V chiều dài giếng L thay đổi . Hình 3.21. Đặc tuyến I-V độ rộng rào W1 thay đổi MỞ ĐẦU 1. Lí chọn đề tài Các hiệu ứng lƣợng tử xuất ngày nhiều cấu trúc vật liệu nhƣ: máy tính lƣợng tử, chấm lƣợng tử bán dẫn Lazer, pin mặt trời linh kiện điện tử. Nói chung bị kích thích electron thƣờng nhận đƣợc lƣợng chuyển lên mức lƣợng cao lí xuất tính chất so với trạng thái bản. Việc tìm đƣợc lƣợng hàm sóng phƣơng pháp giải tích nói chung hạn chế đặc biệt để tìm đƣợc lƣợng hàm sóng trạng thái kích thích lại khó khăn phức tạp hơn. Ngày nay, việc chế tạo vật liệu thấp chiều không khó khăn có hỗ trợ công nghệ mới. Hàng loạt vật liệu đƣợc chế tạo nhƣ: màng mỏng, vật liệu nano,… làm xuất nhiều tính chất nghiên cứu thực nghiệm. Song để giải thích tính chất cách đầy đủ có đầy đủ lí thuyết. Việc xác định đƣợc lƣợng hàm sóng trạng thái kích thích giải thích đƣợc nhiều tính chất vật liệu thấp chiều tính chất quang, điện nhƣ mật độ trạng thái. Chính lí mà lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu số tính chất hạt dẫn trạng thái kích thích” để nghiên cứu. 2. Mục đích nghiên cứu - Giải thích tính chất hệ vật liệu thấp chiều. - Khảo sát tính chất điện tử hạt trạng thái kích thích chấm lƣợng tử. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tính chất hệ vật liệu thấp chiều nhƣ chấm lƣợng tử linh kiện bán dẫn. - Xây dựng mô hình lý thuyết để giải thích tính chất trên. - So sánh kết tìm đƣợc với kết thực nghiệm để xác định tính đắn mô hình lý thuyết. 4. Đối tƣợng nghiên cứu - Các tính chất điện chấm lƣợng tử transisitor điện tử. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp lý thuyết. - Phƣơng pháp tính số. 6. Đóng góp - Xây dựng đƣợc mô hình lý thuyết góp phần giải thích đƣợc tính chất xuất ngày nhiều giai đoạn ngày nay. CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ TRANSISTOR MỘT ĐIỆN TỬ 1.1 Mở đầu Trong năm gần đây, thƣờng đƣợc nghe đến công nghệ nano nhiều dự án nghiên cứu vật liệu, y học, điện tử,… Đối với số ngƣời khái niệm trừu tƣợng mà nhìn thấy hay cảm thấy tồn tại. Tuy nhiên công nghệ nano góp phần lớn giúp thay đổi mặt khoa học công nghệ nay, ứng dụng rộng rãi từ vật liệu, xây dựng, sản phẩm tiêu dùng đến y tế, điện tử nhiều ứng dụng khác nữa. Những năm 1990, ứng dụng quan trọng công nghệ nano gây chấn động giới khoa học kể từ nhiều nhà khoa học lấy khoa học công nghệ nano làm mục tiêu nghiên cứu chế tạo mình. Khoa học công nghệ nano hƣớng phát triển ƣu tiên số nhiều quốc gia giới. Trong năm gần đây, phủ Việt Nam – thông qua Bộ khoa học Công nghệ, Bộ Giáo dục Đào tạo – nhận thức khoa học công nghệ nano lĩnh vực cần đƣợc ƣu tiên phát triển tập trung vào ba vấn đề lớn: đào tạo hệ nhà khoa học, tăng cƣờng sở vật chất cho số phòng thí nghiệm đầu tƣ kinh phí cho nghiên cứu trọng điểm quốc gia. Phòng thí nghiệm công nghệ nano LNT Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh khánh thành cuối năm 2006 tổ chức nghiên cứu chế tạo thử nghiệm công nghệ nano, đặc biệt linh kiện vi điện tử linh kiện điện tử nano. Nhiều công trình nghiên cứu lĩnh vực nano đƣợc thực có kết quả. Khoa học công nghệ nano tƣơng lai đóng vai trò quan trọng lĩnh vực vật lý, hoá học, vật liệu mới, điện tử, y học, khí chế tạo, … Điện tử học nano – Nanoelectronics lĩnh vực đƣợc nghiên cứu mạnh giới. 43 -6 1.4 x 10 Mật độ giếng N(E) 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 Năng lượng E(eV) 10 Hình 3.14 Mật độ electron giếng chiều cao rào thay đổi. Với thông số: độ rộng hàng rào thứ W1 = 0.4×10-8 m, độ rộng hàng rào thứ hai W2 = 1.3×10-8 m, chiều cao hàng rào thứ hai V2 = 10 eV, độ cao đáy giếng Vm = 1.2 eV, chiều dài giếng L = 7×108 m. Khi tăng dần chiều cao hàng rào thứ V1 =10 eV (đƣờng đồ thị màu đỏ), V1 = 15 eV (đƣờng đồ thị màu lục) V1 = 20 eV (đƣờng đồ thị màu lam) ta thấy trạng thái mật độ giếng giảm dần, trạng thái kích thích thứ mật độ giếng gần tƣơng đƣơng nhƣ nhau, trạng thái kích thích lƣợng đƣợc tăng lên mật độ giếng lại giảm dần. Với thông số: độ rộng hàng rào thứ W1 = 0.4×10-8 m, độ rộng hàng rào thứ hai W2 = 1.3×10-8m, chiều cao hàng rào thứ V1= 10 eV, độ cao đáy giếng Vm= 1.2 eV, chiều dài giếng L = 7×10-8m. Khi tăng dần chiều cao rào thứ hai V2 = 10 eV (đƣờng đồ thị màu đỏ), V2 =15 eV (đƣờng đồ thị màu lục) V2 = 20 eV (đƣờng đồ thị màu lam) ta thấy trạng thái mật độ giếng gần tƣơng đƣơng nhau, trạng thái kích thích có khác biệt rõ rệt mật độ giếng giảm dần (Hình 3.15). 44 -6 1.6 x 10 1.4 Mật độ giếng N(E) 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 10 Năng lượng E(eV) Hình 3.15 Mật độ electron giếng chiều cao rào thay đổi. 3.4 Số trạng thái Bất kì mật độ khác không electron bên có nghĩa có tƣơng tác Coulomb hạt truyền qua sinh tƣơng tác đẩy tƣơng tác với chiều sâu giếng tồn tại. Trƣớc xem xét tƣơng tác này, ta phải tính toán đến đóng góp mật độ từ giá trị k hệ. Ta tính tổng mật độ cách lấy tích phân tất giá trị n theo lƣợng nên :  N  N ( E )dE (3.17) Emin Sử dụng ngôn ngữ Matlab vẽ đồ thị nghiên cứu số trạng thái electron giếng thông số transistor thay đổi. Với thông số: độ rộng hàng rào thứ W1 = 0.4×10-8 m, độ rộng hàng rào thứ hai W2 = 1.3×10-8 m, chiều cao rào thứ V1 = 10 eV, chiều cao rào thứ hai V2 = 10 eV, độ cao đáy giếng Vm = 1,2 eV. Khi tăng dần chiều dài giếng L = 7.10-8 m (đƣờng đồ thị màu đỏ), L = 9. 10-8 m (đƣờng đồ thị màu lục) L = 11. 10-8 m (đƣờng đồ thị màu lam) ta thấy chiều cao đỉnh 45 cực đại giảm dần độ cao đáy giếng tăng chứng tỏ số trạng thái electron giếng giảm (Hình 3.16). -18 2.1 x 10 Số trạng thái N 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 Độ cao đáy giếng Vm (eV) -12 x 10 Hình 3.16 Số trạng thái electron chiều dài giếng thay đổi. -18 2.2 x 10 2.1 Số trạng thái N 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 Độ cao đáy giếng Vm(eV) -12 x 10 Hình 3.17 Số trạng thái electron độ rộng rào 1thay đổi. Với thông số: độ rộng hàng rào thứ hai W2 = 1.3×10-8 m, chiều cao rào thứ V1 = 10 eV, chiều cao rào thứ hai V2 = 10 eV, độ cao đáy giếng Vm = 1.2 eV, chiều dài giếng L = 7×10-8 m. Khi tăng dần độ rộng hàng rào thứ W1 = 0.4×10-8 m (đƣờng đồ thị màu đỏ), W1 = 0.5×10-8 m (đƣờng đồ thị màu lục) 46 W1 = 0.6×10-8 m (đƣờng đồ thị màu lam) ta thấy số trạng thái electron giếng tăng lên, độ cao đáy giếng có giá trị xấp xỉ nhƣ nhau. -18 2.4 x 10 2.2 Số trạng thái N 1.8 1.6 1.4 1.2 Độ cao đáy giếng Vm(eV) -12 x 10 Hình 3.18 Số trạng thái electron chiều cao rào 1thay đổi. Với thông số: độ rộng hàng rào thứ W1 = 0.4×10-8 m, độ rộng hàng rào thứ hai W2 = 1.3×10-8 m, chiều cao rào thứ hai V2 = 10 eV, độ cao đáy giếng Vm = 1,2 eV, chiều dài giếng L = 7×10-8 m. Khi tăng dần chiều cao rào thứ V1 = 10 eV (đƣờng đồ thị màu đỏ), V1 = 15 eV (đƣờng đồ thị màu lục) V1 = 20 eV (đƣờng đồ thị màu lam) ta thấy số trạng thái electron giếng tăng lên, độ cao đáy giếng có giá trị xấp xỉ nhƣ nhau. 3.5 Đặc tuyến I-V Với phần lí thuyết trình bày chƣơng đặc trƣng dòng transistor điện tử liên quan thông số hàng rào giếng tìm hiểu transistor vẽ đồ thị nghiên cứu thay đổi mật độ dòng, hiệu điện thay đổi thông số transistor. 47 -12 x 10 1.8 1.6 Mật độ dòng Jx (A) 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 Hiệu điện U (V) Hình 3.19 Đặc tuyến I-V chiều cao giếng Vm thay đổi. Với thông số: độ rộng hàng rào thứ W1 = 0.4×10-8 m, độ rộng hàng rào thứ hai W2 = 1.3×10-8 m, chiều cao hàng rào thứ V1 = 10 eV, chiều cao hàng rào thứ hai V2 = 10 eV, chiều dài giếng L = 7×10-8 m. Khi tăng dần chiều cao giếng Vm = (đƣờng đồ thị màu đỏ), Vm = 0.5 eV (đƣờng đồ thị màu lục) Vm = 1.5 eV (đƣờng đồ thị màu lam) ta thấy mức hiệu điện thấp dòng có dạng bậc thang, mật độ dòng có giá trị gián đoạn với giá trị gián đoạn ta xác định đƣợc điện cần để tạo khóa lƣợng tử. Khi hiệu điện tăng mật độ dòng giá trị gián đoạn mà tăng liên tục nhƣ không thuận lợi việc tạo khóa Coulumb transistor điện tử. Với thông số: độ rộng hàng rào thứ W1 = 0.4×10-8 m, độ rộng hàng rào thứ hai W2 = 1.3×10-8 m, chiều cao hàng rào thứ V1 = 10 eV, chiều cao hàng rào thứ hai V2 = 10 eV, độ cao đáy giếng Vm = 0. Khi tăng dần chiều dài giếng L = 7×10-8 m (đƣờng đồ thị màu đỏ), L = 9×10-8 m (đƣờng đồ thị màu lục) L = 12×10-8 m (đƣờng đồ thị màu 48 lam) ta thấy đồ thị có đặc điểm tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp trên. Giá trị gián đoạn đồ thị tăng dần, mật độ dòng tăng dần lên (Hình 3.20). -12 x 10 1.8 1.6 Mật độ dòng Jx(A) 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 Hiệu điện U(V) Hình 3.20 Đặc tuyến I-V chiều dài giếng L thay đổi. -12 x 10 1.8 1.6 Mật độ dòng Jx(A) 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 Hiệu điện U(V) Hình 3.21 Đặc tuyến I-V độ rộng rào W1 thay đổi. Với thông số: độ rộng rào thứ hai W2 = 1.3×10-8 m, chiều cao hàng rào thứ V1 = 10 eV, chiều cao giếng thứ hai V2 = 10 eV, độ cao đáy giếng Vm= 0, chiều dài giếng L = 7×10-8 m. Khi 49 tăng dần độ rộng hàng rào thứ W1 = 0.4×10-8 m (đƣờng đồ thị màu đỏ), W1 =0.5×10-8 m (đƣờng đồ thị màu lục) W1 = 0.6×10-8 m (đƣờng đồ thị màu lam) ta thấy mật độ dòng giảm dần, đƣờng đồ thị dần tính gián đoạn mà tăng liên tục điện cao. 50 KẾT LUẬN * Những kết khoa học luận văn: - Xây dựng đƣợc mô hình vật lí transistor điện tử, xác định đƣợc ma trận truyền qua cho transistor điện tử. - Khảo sát đƣợc phụ thuộc hệ số truyền qua vào trạng thái lƣợng kích thích với thông số cấu trúc transistor điện tử. - Khảo sát đƣợc mật độ dòng transistor điện tử phụ thuộc vào cấu hình khác transistor. - Khảo sát đƣợc phụ thuộc mật độ giếng vào trạng thái lƣợng kích thích hạt tải chấm lƣợng tử transistor điện tử với thông số cấu hình khác nhau. - Khảo sát đƣợc số trạng thái chấm lƣợng tử phụ thuộc vào điện cực cổng G cấu hình khác transistor điện tử. - Khảo sát đƣợc đặc tính dòng - (I-V) transistor điện tử với cấu hình khác nhau. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A.N. Cleand, D. Estene, C. Urbina and M.H. Devoret (1993), “An extremely Low noise Photodetector based on the single electron Transistor”, Journal of Low Temperature Physics, Vol. 93, Nos. 3/4, pp. 767-772. [2] E. Merzbacher (1998), Quantum Mechanics, Wiley, New York. [3] I.O.Kulik and R.I.Shekhter (1975), “Kinetic phenomena and charge discreteness effects in granulated media”, Sov. Phys. JETP, 41, pp. 308316. [4] Jiwoong Park (2003), Electron transport in single molecule transistors, Berkeley, University of California. [5] Ken Uchida, Jugli Kaga, Ryuji Ohba and Akira Toriumi (2003), “Programmable Single-Electron Transistor Logic for Future LowPower Intelligent LSI: Proposal and Room-Temperature Operation”, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 50, No. 7. [6] K. Matsumoto, S. Takahashi, M. Ishii, M. Hoshi, A. Kurokawa, S. Ichimura, and A. Ando (1995), “Japanese Journal of Applied Physics” 34, 1387. [7] [8] K. Matsumoto, M. Ishii, J. Shirakashi, Y. Oka, A. Kurokawa, and S. Ichimura, Applied Physics Letters (to be published). M. A. Kastner (2000), “The single electron transistor and artificial atoms”, Ann. Phy. (Leipzig), vol. 9, pp. 885-895. [9] Masumi Saitoh, Hidehiro Harata1ion and Toshiro Hiramoto (2004), Room-Temperature Demonstration of Integrated Silicon SingleElectron Transistor Circuits for Current Switching and Analog Pattern Matching, IEEE International Electron Device Meeting, San Francisco, USA. [10] Meirav, U. and E.B. Foxman (1996), “Single-electron phenomena in semiconductors. Semiconductor Science and Technology”, 11, 255-284 [11] N.Goldenfeld (1992), Lectures on phase transitions and the renormalization group, Addison-Wesley, Reading. [12] R. Knobel, C.s. Yung and A.N. clelanda (July 2002), “Single -electron transistor as a radio frequency mixer”, Applied Physics Letters, Vol 81, pp. 532-534. [13] Songphol Kanjanachuchai and Somsak Panyakeow, Beyond CMOS: Single-Electron Transistors (2002), IEEE International Conference on Industrial Technology, Bangkok, Thailand. [14] S. Bednarek, B. Szafran, and J. Adamowski (2000), “Solution of the Poisson Schrodinger problem for a single-electron transistor”, Phys. Rev. B, Vol. 61, pp. 4461-4464. [15] T.A. Fulton and G.D. Dolan (July 1987), “Observation of single electron charging effect in small tunnelling junction”, Vol. 59, pp. 109112. [16] Tucker, J.R. (1992), “Complementary digital logic based on the Coulomb blockade”, J. Appl. Phys, 72 (9), pp. 4399-4413. [17] X. Wang and W. Porod (2000), “Single-electron transistor analytic I-V model for SPICE simulations”, Superlatt. Microstruct, Vol. 28, pp. 345349. PHỤ LỤC CODE MATLAB 1. Chương trình cộng hưởng clf; thongso; %Emin:Eincr:muR EE = Emin:0.1*qe:8*qe; for kk = 1:length(EE) E = EE(kk); TT; heso(kk) = T; end plot(EE,heso);grid on; 2. Chương trình trạng thái clf; thongso; Eincr = 0.1*qe; EE = Emin:Eincr:8*qe; VVm = 0:Eincr:3.6*qe; for ii = 1:length(VVm) Vm = VVm(ii); for kk = 1:length(EE) E = EE(kk); TT; NN; matdogieng(kk) = n; end sotrangthai(ii) = sum(matdogieng*Eincr); end; plot(VVm,sotrangthai,'b');grid on; 3. Chương trình mật độ trạng thái clf; thongso; conghuong; %Emin:Eincr:muR EE = Emin:0.1*qe:10*qe; for kk = 1:length(EE) E = EE(kk); TT; NN; heso(kk) = T; xacxuat(kk) = n; end %figure(1); %plot(EE/qe,heso);grid on; %figure(2); dE = 0.1*qe; N = sum(xacxuat)*dE; disp('so trang thai la');disp(N); plot(EE/qe,xacxuat);grid on; 4. Chương trình mật độ dòng clf; thongso; muyL = Emin + 500*Eincr; muyR = Emin + 400*Eincr; E_L = Emin:Eincr:muyL; E_R = Emin:Eincr:muyR; %EE = Emin:0.1*qe:8*qe; VVm = 0:0.1*qe:3.6*qe; for ii = 1:length(VVm) Vm = VVm(ii); for kk = 1:length(E_L) E = E_L(kk); TT; heso_L(kk) = T; end matdodong_L(ii) = sum(heso_L*Eincr); for kk = 1:length(E_R) E = E_R(kk); TT; heso_R(kk) = T; end matdodong_R(ii) = sum(heso_R*Eincr); end; plot(VVm,matdodong_L,'b',VVm,matdodong_R,'r',VVm,matdodo ng_L-matdodong_R,'-ko');grid on; 5. Chương trình tìm ma trận tán xạ %tim he so truyen qua cho nang luong toi tren day cua rao the vuong %de tim ma tran tan xa %----------------k=sqrt(2*m*E/hbar^2); q=sqrt(2*m*(V1-E)/hbar^2); p=sqrt(2*m*(V2-E)/hbar^2); m1=[exp(i*k*a) exp(-i*k*a); i*k*exp(i*k*a) -i*k*exp(i*k*a)]; m2=[exp(q*a) exp(-q*a); q*exp(q*a) -q*exp(-q*a)]; m3=[exp(q*b) exp(-q*b); q*exp(q*b) -q*exp(-q*b)]; m6=[exp(p*c) exp(-p*c); p*exp(p*c) -p*exp(-p*c)]; m7=[exp(p*d) exp(-p*d); p*exp(p*d) -p*exp(-p*d)]; m8=[exp(i*k*d) exp(-i*k*d); i*k*exp(i*k*d) -i*k*exp(i*k*d)]; %m23=m2*inv(m3); m23=[cosh(q*w1) (-1/q)*sinh(q*w1); -q*sinh(q*w1) cosh(q*w1)]; if E>Vm km = sqrt(2*m*(E-Vm)/hbar^2); %m4=[exp(i*km*b) exp(-i*km*b); i*km*exp(i*km*b) i*km*exp(-i*km*b)]; %m5=[exp(i*km*c) exp(-i*km*c); i*km*exp(i*km*c) i*km*exp(-i*km*c)]; %m45=m4*inv(m5); m45 = [cos(km*L) (-1/km)*sin(km*L); km*sin(km*L) cos(km*L)]; elseif EVm km = sqrt(2*m*(E-Vm)/hbar^2); m4=[exp(i*km*b) exp(-i*km*b); i*km*exp(i*km*b) i*km*exp(-i*km*b)]; mu = inv(m4)*m32*m1; Mu = mu*[1; S(1)]; F=Mu(1); G=Mu(2); n = sum(abs(F)^2 + abs(G)^2 + F*conj(G)*exp(2*i*km*x) + conj(F)*G*exp(-2*i*km*x))*dx; elseif E[...]...4 Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu về tính chất của hạt trong trạng thái kích thích trong các chấm lƣợng tử từ đó làm cơ sở cho việc thí nghiệm và áp dụng vào thực tế về việc chế tạo transistor một điện tử ngày càng hoàn thiện hơn Những linh kiện điện tử một điện tử có ba điện cực đƣợc gọi là transistor một điện tử (SET – Single Electron Transistor) Transistor một điện tử SET là linh... ngoài một lần nữa Ta sẽ có ba chiều dài nghịch đảo: k,  , 1/a từ đó tìm hiểu về trạng thái đơn điệu nhất Quan sát trạng thái của biên độ τ(k) kết hợp cùng việc sử dụng Matlab cho một vài giá trị của chiều cao rào cản  và kích cỡ chấm a ta sẽ quan sát đƣợc một dãy của những điểm cực hẹp trong sự truyền Tại đỉnh của những sự cộng hƣởng này hệ số truyền   1 2 2.3.2 Cơ sở toán học Ma trận truyền qua của. .. chiều dài của chiều dài nghịch đảo Hằng số liên kết sẽ đƣợc so sánh với số sóng hạt k mà chúng có đơn vị nhƣ nhau Lƣu ý rằng xung lƣợng của hạt không đƣợc bảo tồn nhờ vào sự tán xạ Do đó, k giống nhƣ một đơn vị đo của năng lƣợng E k2 2 2m Với số sóng k không đổi, ta có hai đại lƣợng với chiều dài của chiều dài nghịch đảo: k và  Những tính chất vật lí của hệ sẽ chỉ phụ thuộc vào tham 19 số không thứ... hai trạng thái nhớ 0 và 1, trong khi phần tử nhớ SET có số trạng thái nhớ có thể điều khiển đƣợc (chính bằng số trạng thái lƣợng tử trong hố thế) Do đó, ta có thể xây dựng nên các bộ nhớ có dung lƣợng khổng lồ, tốc độ ghi đọc cực nhanh và kích thƣớc siêu gọn 16 CHƢƠNG 2 MA TRẬN TRUYỀN QUA VÀ MÔ HÌNH LÝ THUYẾT CỦA TRANSISTOR MỘT ĐIỆN TỬ 2.1 Ma trận truyền qua Theo [2], [12] Phƣơng trình Schrödinger trong. .. các khe Một hạt mà năng lƣợng sinh ra độ rộng vùng cấm không thể lan truyền trong tinh thể Ta có thể khảo sát cấu trúc của dải năng lƣợng và khe bằng việc tìm hiểu sự tán xạ trên một dãy hữu hạn của L ô đơn vị đồng nhất Chiều dài để đủ cho tinh thể thì không trong suốt với một hạt mà năng lƣợng của nó sinh ra một khe Sử dụng Matlab để phác họa bên ngoài dải cấu trúc của k với một vài giá trị của cƣờng... và tìm đƣợc các hệ số AL, AR, BL, BR, CL, CR, DL, DR, EL, ER từ hệ phƣơng trình (2.19) bằng phƣơng pháp số để tính đƣợc hệ số truyền qua, mật độ dòng, mật độ giếng, số trạng thái là rất khó khăn bởi vậy tôi đã sử dụng cách biến đổi sau để tìm đƣợc ma trận truyền qua sau đó sử dụng ngôn ngữ Matlab và thay đổi các thông số để vẽ đƣợc các đồ thị khảo sát đƣợc tính chất của hạt dẫn trong các trƣờng hợp... chuyển động về trạng thái có mức năng lƣợng thấp hơn Kết quả khi thiên áp điện cực cổng G đến một giá trị xác định trong chấm lƣợng tử tồn tại một trạng thái trống với mức năng lƣợng thấp hơn mức năng lƣợng Fermi của điện tử ở điện cực nguồn S dẫn đến điện tử có thể xuyên hầm vào trong chấm lƣợng tử 1.2.2 Chấm lượng tử (Quantum dot - QD) Chấm lƣợng tử (quantum dot) là một hạt nhỏ, có kích cỡ nm, có... xuất truyền qua  dao động nhƣ một hàm sóng của k 2 Khi đƣa vào tham số không thứ nguyên khác (L) ta thực hiện đƣợc nhiều vấn đề phức tạp hơn Ta có thể giải thoát đƣợc các biến số bổ sung bằng cách lấy giới hạn L→ ∞ từ đó ta sẽ dễ dàng rút gọn đƣợc các phép tính đại số và hơn nữa sẽ tìm đƣợc một vài định tính vật lí mới của vật đang xét 21 Năng lƣợng của một hạt chuyển động trong thế tuần hoàn cho phép...  11L   22L (2.11) Coi 1/τ nhƣ một hàm số mũ của L Nếu 1 trị riêng trội hơn cái khác trong số hạng tuyệt đối thì 1  2 , do vậy có thể bỏ qua sự có mặt của trị riêng nhỏ hơn 22  111 L , L→∞ (2.12) Tính tuần hoàn của thế đảm bảo rằng hạt lƣợng tử tại x = 0 và x = a là nhƣ nhau do đó “det(T0) = 1” Vì định thức của ma trận vuông tích của những trị riêng của nó ta tìm đƣợc λ1λ2 = 1 Xảy ra hai... truyền qua của chấm đƣợc tính bằng tích của những ma trận truyền qua của ba thành phần: rào cản bên trái, bên trong chấm, rào cản bên phải Tdot  T ( )Tfree (a)T ( ) (2.10) 2.4 Dãy tuần hoàn của thế delta: tinh thể Hình 2.4 Dãy tuần hoàn của thế delta 2.4.1 Cơ sở vật lí Xét sự tán xạ từ dãy tuần hoàn của các rào thế Khi số mũ của những rào cản L là hữu hạn, trạng thái là định tính tƣơng tự với trƣờng . Nghiên cứu một số tính chất của hạt dẫn trong trạng thái kích thích để nghiên cứu. 2. Mục đích nghiên cứu - Giải thích các tính chất mới của hệ vật liệu thấp chiều. - Khảo sát các tính chất. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA HẠT DẪN TRONG TRẠNG THÁI KÍCH THÍCH Chuyên ngành: Vật lí chất rắn Mã số: 60 44 01 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa. tử của các hạt ở trạng thái kích thích trong chấm lƣợng tử. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu các tính chất mới của các hệ vật liệu thấp chiều nhƣ chấm lƣợng tử trong các linh kiện bán dẫn.