Mục đích cơ bản của luận án này là nghiên cứu và hiểu được một số hiện tượng, tính chất vật lý của vật liệu nano lai hóa giữa Si và Ge trong nền SiO2 vô định hình. Làm chủ được công nghệ chế tạo và chế tạo thành công hệ vật liệu nano lai hóa giữa Si và Ge có thành phần thay đổi, từ đó nghiên cứu phân tích được ảnh hưởng của các điều kiện chế tạo, thành phần, kích thước lên các tính chất vật lý của chúng.
MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự kết hợp Ge Si ví vật liệu bán dẫn nhóm III-V, nhờ linh động hạt tải Ge, sử dụng công nghệ chế tạo vi điện tử Si Các loại vật liệu sử dụng để chế tạo phiên tiên tiến linh kiện điện tử Si mà trì cơng nghệ chế tạo vi điện tử giá thành thấp [122], [58] Khe lượng nhỏ (0,7 eV) tính phối trộn cao Ge với Si đưa khả tạo vật liệu có độ rộng vùng cấm thay đổi linh kiện có tốc độ chuyển đổi điện cao nhờ vào tính linh hoạt hạt tải Ge [59], [117], [124] Trong lĩnh vực quang điện tử quang tử Si, vật liệu Ge nano tinh thể Si SiO2 hệ Si1-xGex có phát triển vơ mạnh mẽ [15], [84], [17], [117], [83], [60] Những tiến việc tổng hợp, xử lý, chế tác, đặc trưng hóa mơ cho phép tạo linh kiện ổn định hoạt động tốt Các linh kiện thu nhận, dẫn sóng điều biến quang, diodes hiệu ứng đường ngầm, laze linh kiện lượng tử đề suất thử nghiệm [15], [84], [17], [117], [60], [89] Ở kích thước nano, tính chất vật lý hai vật liệu Si Ge thay đổi lớn, nhiều tính chất thú vị có nhiều tiềm ứng dụng đưa Các giải thích thay đổi chủ yếu dựa hiệu ứng giam cầm lượng tử Những tính chất vật lý đơi phức tạp khó kiểm sốt, phụ thuộc vào nhiều yếu tố hình thái cấu trúc vật liệu Trong Si thể số biến thể trình nhân hạt tải điện hiệu ứng cắt lượng tử hay cắt photon Điều có ý nghĩa vơ to lớn việc nâng cao hiệu suất pin mặt trời sở Si Tuy nhiên, độ rộng vùng cấm vật liệu nano Si thường lớn (khoảng eV) dẫn đến khả ứng dụng việc thu nhận biến đổi lượng mặt trời hiệu phần lớn phổ mặt trời có lượng nhỏ eV không tận dụng Việc thay đổi độ rộng vùng cấm nano Si có ý nghĩa Các nghiên cứu việc “pha trộn” Si Ge nhằm tạo tinh thể nano có tính chất vật lý phù hợp với định hướng ứng dụng làm tăng hiệu suất quang điện tử cần thiết Với vấn đề nêu trên, tác giả lựa chọn thực luận án: “Chế tạo nano tinh thể hợp kim SiGe SiO2 nghiên cứu số tính chất chúng” Mục tiêu luận án Nghiên cứu hiểu số tượng, tính chất vật lý vật liệu nano lai hóa Si Ge SiO2 vơ định hình Làm chủ công nghệ chế tạo chế tạo thành cơng hệ vật liệu nano lai hóa Si Ge có thành phần thay đổi, từ nghiên cứu phân tích ảnh hưởng điều kiện chế tạo, thành phần, kích thước lên tính chất vật lý chúng Sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ xấp xỉ gradien tổng quát (DFT - GGA) phương trình trạng thái Murnaghan thực tính tốn, phân tích tinh thể hệ vật liệu nano lai hóa Si Ge có thành phần thay đổi Đối tượng nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu hệ vật liệu tinh thể Si Ge có kích thước nano phân tán vật liệu có độ rộng vùng cấm lớn SiO2 Cụ thể hệ vật liệu hợp kim Si1-xGex đơn tinh thể có cấu trúc nano với thành phần x thay đổi từ 0,2 ÷ 0,8 Nội dung nghiên cứu Chế tạo vật liệu hợp kim nano Si1-xGex chất lượng cao phân tán vật liệu có vùng cấm rộng phương pháp đồng phún xạ catốt tần số radio Nghiên cứu hình thành ảnh hưởng điều kiện biên lên cấu trúc, tính chất quang điện tử vật liệu sở phép đo khảo sát vật lý khác ảnh hiển vi điện tử TEM, HR-TEM, phổ tán xạ Raman, phổ nhiễu xạ tia X Xác định hiệu ứng xảy hạt nano hợp kim Si1-xGex phương pháp quang phổ phi tuyến khác Tiến hành phép đo hiệu suất lượng tử ngoài, lượng ngưỡng cho hiệu ứng xảy Nghiên cứu trình vận động hạt tải thơng qua q trình kích thích, hồi phục tái hợp Qua hiểu trình vật lý hiệu ứng giam cầm lượng tử Tính tốn q trình hình thành tinh thể, thay đổi độ rộng vùng cấm hợp kim Si1-xGex phương pháp lý thuyết phiến hàm mật độ xấp xỉ gradien tổng quát phương pháp k.p Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu luận án kết hợp nghiên cứu thực nghiệm tính tốn lý thuyết 1) Phương pháp thực nghiệm bao gồm: - Tạo mẫu màng mỏng chứa Si1-xGex phân tán SiO2 phương pháp đồng phún xạ catốt tần số radio, sử dụng bia Ge, Si, SiO2 phiến đế thạch anh - Các phép đo phổ huỳnh quang liên tục, phổ hấp thụ liên tục - Phép đo phổ huỳnh quang phân giải thời gian, phép đo thời gian sống hạt tải 2) Phương pháp lý thuyết bao gồm: - Sử dụng lý thuyết phiến hàm mật độ xấp xỉ gradien tổng quát, phương pháp k.p để nghiên cứu thay đổi cấu trúc vùng lượng trình hình thành tinh thể hợp kim Si1-xGex Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa mặt thực tiễn: - Việc chế tạo thành cơng hệ vật liệu lai hóa Si Ge với thành phần mong muốn có ý nghĩa lớn việc chế tạo pin mặt trời hiệu suất cao Ngồi ra, vật liệu có tiềm việc phát triển loại linh kiện quang điện tử tiên tiến cảm biến hồng ngoại, chip bán dẫn tốc độ cao, cảm biến môi trường - Kết luận án giúp đánh giá khả ứng dụng thực tế loại vật liệu việc chế tạo thiết bị linh kiện quang điện tử thực tế tạo tiền đề cho ứng dụng sau Ý nghĩa mặt khoa học: Hiện chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu tính chất vật lý hệ vật liệu lai hóa Si Ge đơn tinh thể có cấu trúc nano Việc chế tạo thành công hệ vật liệu hợp kim đơn tinh thể có cấu trúc nano Si1-xGex có thành phần x thay đổi từ 0,2 ÷ 0,8, tạo điều kiện cho việc nghiên cứu chuyên sâu thay đổi số mạng, kích thước tinh thể, thay đổi lượng cấm lai hóa Si Ge tạo hệ vật liệu với tính chất vật lý mong muốn đặc biệt trình vận động hạt tải điện sau kích thích quang học Các nghiên cứu hệ vật liệu hợp kim đơn tinh thể nano Si1-xGex thực hiện, mở ứng dụng to lớn việc nâng cao hiệu suất pin mặt trời từ hai vật liệu bán dẫn điển hình Si Ge Các kết nghiên cứu luận án cơng bố 06 cơng trình khoa học, có 03 báo tạp chí quốc tế thuộc hệ thống danh mục ISI, 02 báo đăng tạp chí khoa học uy tín nước 01 đăng kỷ yếu hội nghị Những đóng góp luận án - Đã giải thích chế hình thành hạt nano vật liệu nano tinh thể hợp kim Si1-xGex quan sát thấy lượng trình hấp thụ trực tiếp tạo cặp điện tử lỗ trống vị trí điểm L vùng Brillouin vật liệu bán dẫn hợp kim nano Si1-xGex có x thay đổi từ 0,2 ÷ 0,8 - Đã giải thích phát xạ nano SiGe mạng SiO2 chế tạo thông qua nghiên cứu trình hồi phục nhanh hạt tải điện sinh sau q trình kích thích quang học - Kết nghiên cứu tính tốn cấu trúc vùng lượng theo phương pháp DFT- GGA phù hợp với tính tốn dùng phương pháp k.p Kết đóng vai trò quan trọng việc phân tích tính chất vật lý vật liệu hợp kim nano SiGe Cấu trúc luận án Luận án gồm có 126 trang, có 68 hình vẽ, đồ thị 09 bảng biểu, 127 tài liệu tham khảo Ngoài phần mở đầu kết luận, luận án chia thành chương, cụ thể sau: Chương Tổng quan vật liệu bán dẫn Ge Si Chương Các phương pháp nghiên cứu chế tạo vật liệu Chương Các đặc trưng vật lý vật liệu Chương Ứng dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ phương pháp k.p nghiên cứu vật liệu Chương Tổng quan vật liệu bán dẫn Ge Si Nội dung chương gồm kiến thức tổng quan vấn đề nghiên cứu xuyên suốt luận án, gồm ba phần kiến thức sau: Thứ nhất: Tổng quan đặc điểm cấu trúc vùng lượng trình tái hợp phát xạ hạt tải điện vật liệu bán dẫn Thứ hai: Tổng quan tính chất vật lý, cấu trúc mạng tinh thể, cấu trúc vùng lượng vật liệu bán dẫn Si, Ge SiO2 Thứ ba: Tổng quan vật liệu có kích thước nano hiệu ứng xảy vật liệu, vật liệu có kích thước nano Chương Các phương pháp nghiên cứu chế tạo vật liệu Trong chương này, tác giả trình bày phương pháp thực nghiệm lý thuyết nghiên cứu, chế tạo màng mỏng chứa vật liệu hợp kim nano Phương pháp phún xạ catốt sử dụng với ba bia Si, Ge SiO2 với độ 99,999%, độ dày màng xấp xỉ 742 nm điều chỉnh thông qua công suất phún xạ Các mẫu sau chế tạo đưa xử lý nhiệt nhiệt độ 600, 800 1000 oC mơi trường khí N2 với thời gian 30 phút Các mẫu sau chế tạo đưa đo phân tích cấu trúc, vi cấu trúc, thành phần vật liệu Trong chương trình bày phương pháp: EDX, XRD, Raman, Phổ hấp thụ, HR-TEM, SAED, FFT, Phương pháp phổ phát xạ huỳnh quang, phép đo hấp thụ cảm ứng, phương pháp DFT-GGA phương pháp k.p Chương Các đặc trưng vật lý vật liệu 3.1 Sự hình thành hạt nano Si1-xGex vật liệu SiO2 3.1.1 Nghiên cứu hợp phần Si1-xGex SiO2 Trước thực phép phân tích hình thái cấu trúc nghiên cứu tính chất quang vật liệu, tác giả kiểm tra thành phần nguyên tố với hệ mẫu M1, M2, M3, M4 sau xử lý nhiệt, phổ EDX Thành phần mẫu tổng hợp thể hình 3.1 bảng 3.1 Hình 3.1 Phổ tán sắc lượng tia X mẫu M1(a), M2(b), M3(c), M4(d) sau chế tạo Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố có hệ mẫu M1, M2, M3, M4 Mẫu Si1-xGex SiO2 Si (at %) Ge (at %) O (at %) M1 (x = 0,2) M2 (x = 0,4) M3 (x = 0,6) M4 (x = 0,8) 45,5 41,1 35,9 29,7 4,9 10,2 17,3 23,9 48,7 47,7 45,9 45,8 - Kết cho thấy, đỉnh tán xạ lượng đặc trưng cho nguyên tố Si, Ge, O xuất mẫu phún xạ; - Tỉ lệ thành phần nguyên tố thu mẫu M1, M2, M3 M4 phép đo EDX hoàn toàn phù hợp với thông số phún xạ mong muốn 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ đến hình thành pha vật liệu Các mẫu M1, M2, M3, M4 sau ủ nhiệt độ 600, 800 1000 o C, đưa khảo sát nhiễu xạ tia X, nhằm xác định pha hình thành tinh thể hợp kim Kết cho thấy đỉnh nhiễu xạ tương ứng với mặt nhiễu xạ (111), (220), (311) có cấu trúc lập phương vật liệu Si Ge xuất nhiệt độ ủ lớn 8000C hình thành pha hợp kim Si1-xGex Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X tinh thể hợp kim Si1-xGex với x = 0,6 nhiệt độ ủ 600, 800 1000 oC mơi trường khí N2 với thời gian 30 phút Sự hình thành pha tinh thể hợp kim Si1-xGex sau ủ nhiệt nghiên cứu phép đo tán xạ Raman Hình 3.4 trình bày phổ tán xạ Raman tinh thể hợp kim Si1-xGex với x = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 xử lý nhiệt 1000 oC môi trường khí N2 với thời gian 30 phút Quan sát phổ tán xạ Raman hình 3.4, kết cho thấy: - Các đỉnh tán xạ Raman tương ứng với mode dao động liên kết Ge-Ge, Ge-Si, Si6 Hình 3.4 Phổ tán xạ Raman tinh thể hợp kim Si1-xGex với x = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 xử lý nhiệt 1000 oC, mơi trường khí N2 với thời gian 30 phút Si bước sóng 300, 400, 500 (cm-1) vật liệu Si1-xGex; - Đỉnh tán xạ rõ nét tỉ phần vật liệu lớn do kết tinh tốt hơn, kích thước hạt lớn hơn; - Có dịch đỉnh mạnh phía lượng lớn thành phần vật liệu lớn điều mô tả nghiên cứu nhiều tài liệu Sự dịch chuyển đỉnh tán xạ hàm lượng Ge tăng lên hàm lượng Si giảm, tương ứng với số mode dao động ứng với liên kết Ge-Ge tăng, Si-Si giảm hợp kim Si1-xGex 3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần Ge lên hình thành tinh thể hợp kim Trong vật liệu hợp kim Si1-xGex thành phần hợp kim x thay đổi từ 0,2 ÷ 0,8 kéo theo tính chất, kích thước tinh thể hợp Si Ge thay đổi Sự thay đổi thể giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M1, M2, M3, M4 nhiệt độ ủ 1000 oC với thời gian 30 phút (hình 3.5) Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X tinh thể hợp kim Si1-xGex với x = 0,2; 0,4; 0,6 0,8 nhiệt độ ủ 1000 oC, môi trường khí N2 với thời gian 30 phút Kết cho thấy x thay đổi từ 0,2 ÷ 0,8 tức thành phần nguyên tố Ge hợp kim Si1-xGex tăng lên xuất đỉnh nhiễu xạ trùng với đỉnh nhiễu xạ Si Ge có cấu trúc lập phương, vị trí xung quanh góc nhiễu xạ 2θ xấp xỉ 28o, 46o 54o tương ứng mặt phẳng nhiễu xạ (111), (220) (311) Các đỉnh nhiễu xạ có xu hướng dịch chuyển phía góc nhiễu xạ 2θ nhỏ thành phần Ge tăng lên ( x tăng) Từ định luật nhiễu xạ Bragg kết hợp với công thức (3.1), áp dụng với góc nhiễu xạ 2θ ≈ 46o, tương ứng với mặt phẳng nhiễu xạ có số hkl (220), tác giả ước tính số mạng tinh thể lập phương hợp kim Si1-xGex thể qua hình 3.6 Kích thước trung bình đường kính tinh thể hợp kim Si1-xGex xác định công thức Debye - Scherrer (3.2) a (3 1) d hkl a d hkl h k l 2 2 h k l k (3 2) D B.cos Từ công thức (3.2), tác giả thấy giá trị đường kính D (nm) hạt nano tinh thể hợp kim Si1-xGex có giá trị khoảng từ ÷11 (nm) thành phần Ge hợp kim tăng (x tăng) nhiệt độ ủ 1000 oC, thể hình 3.7 5.70 16 Si1-xGex Tñ= 1000 C 5.60 5.55 5.50 5.45 5.40 0.2 0.4 Si1-xGex 14 KÝch th-íc h¹t tinh thĨ D(nm) o H»ng sè m¹ng a (A ) 5.65 0.6 10 0.8 Tñ = 1000 C 12 0.2 0.4 0.6 0.8 Thành phần x Si1-xGex Thành phần x Si1-xGex Hỡnh 3.6 S thay đổi số mạng (a) theo thành phần x Hình 3.7 Sự thay đổi kích thước hạt tinh thể (D) theo thành phần x Khi giá trị thành phần x tăng lên, nghĩa hàm lượng nguyên tố Ge hợp kim Si1-xGex tăng, kích thước hạt nano tinh thể số mạng tinh thể hợp kim Si1-xGex tăng Để thấy rõ thay đổi số mạng (a) kích thước hạt tinh thể (D) hợp kim nano Si1-xGex với mẫu xử lý nhiệt độ 1000 oC, thành phần x tăng từ 0,2 ÷ 0,8 Với thành phần x thay đổi từ 0,2 ÷ 0,8 số mạng (a) tinh thể hợp kim tăng tuyết tính theo hàm lượng Ge đưa vào tinh thể hợp kim Si1-xGex Giá trị số mạng tinh thể hợp kim tăng dần khoảng từ số mạng aSi = 5,431Å aGe = 5,651 Å 3.1.4 Phân tích cấu trúc tinh thể hợp kim Si1-xGex Hình thái cấu trúc pha tinh thể nano hợp kim Si1-xGex quan sát trực tiếp phân tích chi tiết thơng qua phương pháp hiển vi truyền qua phân giải cao (HR-TEM) nhiễu xạ chọn lọc vùng điện tử (SAED) Hình 3.8 ảnh TEM mẫu M4 (x = 0,8) ủ 1000 oC Dễ dàng nhận hình thành hình cầu nhỏ (đốm đen) với kính thước khác dao động khoảng ÷ 14 nm SiO2, tương ứng với hạt nano tinh thể Si Ge với mật độ hạt tinh thể n ≈ 1,3.1010 cm-3 Kết thu mang khớp với hàm tốn học Gaussian tác giả thấy có phù hợp, từ tác giả thấy phân bố kích thước hợp kim tinh thể nano Si1xGex với giá trị trung bình DTB = nm độ lệch chuẩn σ = nm, thể hình chèn hình 3.8 Kết phù hợp với tính tốn sở giản đồ nhiễu xạ điện tử Các hình ảnh phân tích hình 3.8; 3.9 3.10 cung cấp cho tác giả chứng trực tiếp tinh thể nano đơn pha Si1-xGex hình thành vật liệu SiO2 với kích thước nano, thay hạt nano Si nano Ge riêng lẻ Hình 3.8 Ảnh TEM mẫu Si1-xGex với x = 0,8 sau xử lý nhiệt 1000 oC ( hình chèn: Sự phân bố kích thước hạt theo đường kính khớp hàm Gaussian) Hình 3.9 Hình ảnh HRTEM tinh thể mẫu Si1-xGex với x = 0,8 ủ 1000 oC (hình chèn thêm ảnh FFT) Hình 3.10 Hình ảnh nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng (SAED) mẫu Si1-xGex với x = 0,8 ủ 1000 oC 3.2 Cấu trúc điện tử Si, Ge trình chuyển mức trực tiếp Các công bố trước chứng minh vật liệu hợp kim Si1-xGex khối có hàm lượng Si thấp cấu trúc dải lượng thể đối xứng giống Ge khối Khi xem xét cấu trúc dải lượng Ge, tác giả thấy lượng chuyển đổi trực tiếp vùng gần eV xác định E1, vùng gần điểm Γ L [6] Ba chuyển đổi trực tiếp khác 5,0 eV xác định là: E0 ≈ 0,8 eV E0’ ≈ 3,5 eV tương ứng với chuyển đổi trực tiếp điểm Γ (k = 0) E2' ≈ 4,2 eV chuyển tiếp trực tiếp gần điểm đối xứng X Trong hình thành tinh thể nano, hiệu ứng lượng tử gây khác biệt có chuyển đổi đáng kể tất mức lượng Thông thường, hiệu ứng lớn dự kiến xảy dải vùng có độ cong lớn nhóm cấu trúc vật liệu khối, tương ứng với khối lượng hiệu dụng nhỏ Trong trường hợp vùng chuyển đổi trực tiếp E1, vùng dẫn vùng hóa trị từ điểm L Γ khơng gian véc tơ sóng k song song, tức điện tử lỗ trống có khối lượng hiệu dụng tương đương Điều làm tăng chồng chéo không gian, dẫn đến gia tăng nhiều dao động Như vậy, xác suất chuyển đổi khơng phụ thuộc nhiều vào kích thước hạt đơn tinh thể Hệ số hấp thụ quang học q trình chuyển đổi trực tiếp có liên quan đến lượng hấp thụ photon xác định qua biểu thức Tauc: h A h Eg (3 3) Biểu thức (3.3) dùng để xác định số hấp thụ α độ rộng vùng cấm quang Eg vật liệu cấu trúc nano khác Trong α hệ số hấp thụ, h lượng photon hấp thụ, A số phụ thuộc chất bán dẫn khác E g độ rộng vùng cấm quang đạt cách vẽ h so với h Để ước tính phép chuyển đổi quang học E1, tác giả áp dụng kỹ thuật xác định phép chuyển đổi trực tiếp từ giao điểm phần tuyến tính ngoại suy bình phương hệ số hấp thụ đường sở ngang ( h 0) Áp dụng phương pháp vào phổ hấp thụ đo vật liệu khảo sát nhiệt độ 600, 800 1000 oC, tác giả xác định lượng chuyển đổi trực tiếp khoảng eV tinh thể nano Si1-xGex Để hình dung thấy rõ phụ thuộc lượng chuyển đổi trực tiếp E1 vùng dẫn vùng hóa trị mẫu M1, M2, M3 M4 với nhiệt độ ủ khác nhau, tác giả tổng hợp thể qua hình 3.16 Hình 3.16 cho thấy thay đổi lượng E1 đơn tinh thể nano Si1-xGex hàm phụ thuộc thành phần x nhiệt độ ủ Tác giả thấy mẫu M4, mẫu có hàm lượng lớn Ge giá trị lượng chuyển đổi trực tiếp E1 dao động xung quanh eV Các nghiên cứu nhiều tác giả đề cập đến, vùng lượng E1 khơng thay đổi ứng với kích thước hạt nano tinh khiết Ge Từ tác giả kết luận tinh thể nano Si1-xGex mẫu M4 gần giống với tính chất Ge Điều hồn tồn phù hợp với nghiên cứu trình bày trước phép phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X với mẫu M4 nhiệt độ ủ khác nhau, số mạng a mẫu gần giống giá trị 10 số mạng tinh thể tinh khiết Ge aGe = 5,651 Å Với mẫu M1 ÷ M3 ( x = 0,2 ÷ 0,6), tác giả thấy giá trị lượng chuyển dời trực tiếp E1 tăng theo nhiệt độ ủ Rõ ràng, gia tăng thành phần Ge, làm thay đổi số mạng a, thể hình 3.6, ảnh hưởng đến cấu trúc dải lượng hợp kim tinh thể nano Si1-xGex Hình 3.16 Năng lượng chuyển đổi trực tiếp E1 mẫu M1, M2, M3 M4 nhiệt độ ủ 3.3 Sự vận động hạt tải điện sinh sau q trình kích thích quang học 3.3.1 Sự phát xạ huỳnh quang vật liệu Phương pháp nghiên cứu hiệu suất huỳnh quang, nghiên cứu hiệu suất phát xạ huỳnh quang hệ mẫu theo bước sóng kích thích khác Màng mỏng chứa hợp kim nano đơn pha Si1-xGex, sau chế tạo M1, M2, M3 M4 xử lý nhiệt độ 600, 800 1000 oC Trước hết, phổ phát xạ huỳnh quang vật liệu nghiên cứu Hình 3.17 (a), (b), (c) (d) hình ảnh phổ huỳnh quang mẫu M1, M2, M3 M4 đo nhiệt độ phòng với bước sóng kích thích 532 nm Qua hình 3.17, ảnh phổ huỳnh quang, tác giả thấy phát quang mẫu có yếu Với cường độ phát quang mẫu M1, M2, M3 M4 thu từ phổ huỳnh quang, tác giả nhận thấy việc chứng minh hiệu ứng xảy vật liệu phương pháp khảo sát hiệu suất huỳnh quang hệ mẫu không khả thi 11 0.0010 0.0010 (a) 0.0006 0.0004 0.0006 0.0004 0.0002 0.0002 0.0000 0.0000 6000 7000 MÉu M2 §-êng Gauss fit cđa M2 0.0008 C-êng ®é (a.u) C-êng ®é (a.u) (b) MÉu M1 0.0008 8000 9000 10000 6000 7000 8000 o B-íc sãng (A ) 0.0010 10000 0.0010 (c) 0.0008 (d) 0.0008 MÉu M3 0.0006 C-êng ®é (a.u) C-êng ®é (a.u) 9000 o B-íc sãng (A ) 0.0004 0.0002 MÉu M4 0.0006 0.0004 0.0002 0.0000 0.0000 6000 7000 8000 9000 10000 6000 o 7000 8000 9000 10000 o B-íc sãng (A ) B-íc sãng ( A ) Hình 3.17 (a),(b),(c),(d): Phổ huỳnh quang mẫu M1, M2, M3, M4 với bước sóng kích thích 532 nm, nhiệt độ phòng Để tìm hiểu ngun nhân không phát quang vật liệu SiGe cấu trúc nano, tác giả nghiên cứu thời gian sống hạt tải điện Từ đánh giá khả xảy hiệu ứng vật liệu 3.3.2 Quá trình vận động hạt tải điện vật liệu Từ phép đo phổ hấp thụ cảm ứng, trình động học hạt tải điện sinh trình kích thích quang học theo thời gian nghiên cứu Sự hấp thụ cảm ứng gây hạt tải điện sinh q trình kích thích quang học chùm laze kích thích có bước sóng 340 nm (~ 3,6 eV ) Khoảng cửa sổ lớn thời gian 3500 ps Kết cho thấy tất đường thực nghiệm ứng với lượng chùm dò Edò = 1,0; 1,1; 1.2; 1,3 eV có hình dạng hồi phục tương đương, theo dạng tổ hợp hàm mũ công thức (3.4) Các đường khớp hàm mũ với đóng góp ứng với ba thời gian sống hạt tải điện sinh sau q trình kích thích quang học τ1 ≈ 600 fs, τ2 ≈ 12 ps, τ3 ≈ 15 12 ns (đường nét liền đỏ) Mỗi thời gian sống khác tương ứng với trình vật lý khác đặt tên trình (1), (2), (3) Hình 3.18 Quá trình hồi phục hạt tải điện sinh q trình kích thích quang học hợp kim nano Si1-xGex ( x = 0,8) với lượng chùm dò Edò =1,0; 1,1; 1,2;1,3 eV Các đường đỏ nét liền đường khớp toán học theo tổ hợp hàm mũ hàm với thời gian sống hạt tải 600 fs, 12 ps 15 ns, tương đương trình (1),(2) (3) I t Ai et i (3 2) i 1 Biên độ kết hợp thành phần có suy giảm nhanh (1) (2) ứng với thời gian τ1 ≈ 600 fs τ2 ≈ 12 ps lớn gấp ÷ 10 lần so với biên độ thành phần suy giảm chậm (3) ứng với thời gian τ3 ≈ 15 ns Điều có nghĩa hầu hết hạt tải điện sinh sau q trình kích thích quang học biến vài pico giây Thành phần suy giảm chậm ứng với thời gian sống hạt tải τ3 ≈ 15 ns đến từ hồi phục cặp điện tử - lỗ trống (e - h) cuối hạt nano SiGe theo lập luận Schaller, Trinh đồng [72], [78] Mặc dù nằm, thời gian sống nằm khoảng thời gian khảo sát 3500 ps nên gây sai số lớn Các thành phần điện tử hồi phục nhanh τ1 ≈ 600 fs, τ2 ≈ 12 ps, hạt tải điện hạt tải điện sinh sau trình kích thích quang học thường xuất phát từ trình vật lý trình bẫy tái hợp điện tử Auger exciton Phổ hấp thụ cảm ứng thu phép đo hấp thụ cảm ứng, thực chùm bơm với photon lượng cao (3,6 eV ) có khả sinh nhiều cặp exciton [54], [72], [78] Tái hợp điện tử Auger, tìm hiểu cách so sánh khoảng thời gian cường độ kích thích khác lượng [78] Trong thực tế, việc tái hợp Auger nhiều exciton hạt tải điện bị bẫy thường bị nhầm lẫn với nhau, khoảng thời gian xảy hai chế này, dẫn đến 13 suy giảm tín hiệu ban đầu (1) (2) khoảng thời gian pico giây [54], [72], [78], [79] Hình 3.19 trình bày phổ hấp thụ cảm ứng thu ứng thời gian trễ chùm dò khác nhau, 10, 50, 200, 1000 ps Tác giả thấy phổ hấp thụ cảm ứng giữ nguyên hình dạng ứng với thời gian trễ khác chùm dò Cường độ phổ hấp thụ cảm ứng khơng đổi nhiều lượng chùm dò (Edò) nhỏ lượng ngưỡng (Engưỡng) có giá trị xấp xỉ cỡ eV Các đường chấm chấm đỏ vùng "phẳng" có lượng ngưỡng nhỏ eV dễ dàng quan sát mắt thường Đối với lượng chùm dò lớn lượng ngưỡng (Edò > Engưỡng), cường độ phổ hấp thụ cảm ứng tăng lên theo lượng photon chùm dò Tác giả cho phải có kênh hấp thụ bổ sung cho hấp thụ hạt tải điện tự tinh thể hợp kim nano Si1-xGex Tác giả đề xuất kênh phải liên quan tới hạt tải điện sinh sau q trình kích thích quang học Q trình xảy nhanh có lượng ngưỡng Engưỡng ~ eV Trong phép đo sau đây, tác giả đưa lập luận chứng minh cho kênh hấp thụ bổ sung Hình 3.19 Phổ hấp thụ cảm ứng thu với thời gian trễ chùm dò 10, 50, 200 1000 ps Các đường chấm đỏ phần đóng góp hạt tải tinh thể nano SiGe, đường nét liền đỏ khớp đường tốn học cơng thức (3.6) 3.3.3 Cơ chế bẫy hạt tải nóng Như giới thiệu kênh hấp thụ cảm ứng bổ sung đề xuất nguồn gốc cho gia tăng cường độ hấp thụ cảm ứng theo lượng Sự phụ thuộc lượng ngưỡng (Engưỡng ) hợp kim SiGe với thành phần khác nghiên cứu Kết cho thấy lượng ngưỡng xác định có giá trị thay đổi không nhiều khoảng eV, không phụ thuộc vào thành phần Si, Ge hợp kim nano tinh thể Si1-xGex 14 Hình 3.20 Năng lượng ngưỡng kênh hấp thụ bổ sung hạt tải điện sinh q trình kích thích quang học, hợp kim nano tinh thể Si1-xGex với thành phần khác ( x = 0,2; 0,6; 0,8) Tác giả cho tâm bẫy (mức khuyết tật) hạt tải đến từ khuyết tật phổ biến loại vật liệu khác biệt số mạng Si Ge (~ 4%) Đối với mức lượng nằm sâu vùng cấm tham gia vào trình suy giảm nhanh hạt tải điện q trình đòi hỏi có tham gia nhiều hạt phonon (quá trình tái hợp khơng phát xạ) Chính q trình bẫy hạt tải điện nhanh xảy khuyết tật nằm biên giới tinh thể nano mạng SiO2 Độ rộng vùng cấm tinh thể nano tăng lên kích thước tinh thể giảm đến kích thước nano Do hiệu ứng giam cầm lượng tử, mức khuyết tật vùng cấm thay đổi, lượng ngưỡng thay đổi, điều hoàn toàn khác với kết nghiên cứu Tác giả không quan sát thấy thay đổi đáng kể ngưỡng lượng xác định, thể hình 3.20 Hơn có xuất độ lệch lớn (σ = nm) kích thước hạt tinh thể nano Nếu mức lượng ngưỡng nằm vùng cấm có phân bố lượng tương đối Sự hình thành số lượng lớn khuyết tật tinh thể nano giao diện mạng nền, báo cáo nghiên cứu vật liệu khác [58], [89], làm tăng đáng kể cường độ hấp thụ chùm dò Do đó, tác giả kết luận hấp thụ bổ sung chùm tia lượng ngưỡng bắt nguồn từ hạt tải điện bị bẫy mức lượng bề mặt tinh thể nano hợp kim Si1-xGex Tác giả đưa mơ hình trực quan cho kênh hấp thụ cảm ứng bổ sung gây mức độ khuyết tật biên hạt nano Si1-xGex mạng SiO2 Cơ chế đưa minh họa thông qua trình sơ đồ hình 3.21 (a) 3.21 (b) 15 Hình 3.21 Minh họa mơ hình chế đề xuất với tâm bẫy hạt tải điện D giao diện hợp kim SiGe mạng SiO2: (a) sau xung bơm (b) sau xung dò Các hạt tải điện bị bẫy mức khuyết tật D góp phần vào trình hấp thụ chùm dò Trong q trình đầu tiên, cặp điện tử - lỗ trống vùng dẫn (CB) vùng hóa trị (VB) tinh thể nano tạo chùm photon xung bơm (kích thích) với lượng 3,6 eV, q trình (I) Sau đó, vài hạt tải điện sinh sau trình kích thích quang học chuyển xuống trạng thái thấp lõi tinh thể, số hạt tải điện sinh q trình kích thích quang học khác bị giữ lại trạng thái bẫy D Quá trình xảy khoảng thời gian ps, q trình (II) Trong q trình này, có vài phonon (nћω) sinh để bảo toàn lượng Khoảng lượng (ΔE) khác biệt lượng trạng thái bẫy D vùng dẫn (CB) mạng SiO2 Khi lượng chùm dò Edò < ∆E, khơng có hấp thụ bẫy thì: Idò = Iind ( I bẫy = 0) Cường độ hấp thụ cảm ứng quan sát từ phổ phân giải thời gian ( hình 3.18) tổng hấp thụ gây exciton đơn lẻ tinh thể nano hấp thụ từ hạt tải điện mức bẫy, q trình (III) Cường độ chùm dò xác định cơng thức (3.5): Idß Iind IbÉy (3.5) Sự hấp thụ từ hạt tải điện bị giữ trạng thái bẫy (Ibẫy ) tỉ lệ thuận với mặt cắt hấp thụ (δ) bẫy ( Ibẫy ~ δ ) Tiết diện hấp thụ bẫy hàm lượng photon dò [28],[29],[48], theo giáo sư T.Gregorkiewicz đồng [28], biên độ tín hiệu chùm photon tâm bẫy tính theo cơng thức (3.6): E E Idß Iind C dß 3 2 Edß (3.6) Áp dụng công thức (3.6) này, tác giả thấy tất đường cong khớp (các đường liền nét đỏ hình 3.19) phù hợp với liệu thu 16 từ phổ hấp thụ cảm ứng Qua đây, tác giả xác định giá trị tham số phù hợp γ = 1, ứng với mức khuyết tật Coulomb Quá trình bẫy hiệu quả, làm giảm hạt tải điện sinh sau trình kích thích quang học từ ÷ 10 lần vòng vài pico giây sau xuất chùm bơm Chương Ứng dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ phương pháp k.p nghiên cứu vật liệu 4.1 Cấu trúc tinh thể hạt nano hợp kim Si1-xGex 4.1.1 Sự hội tụ kết tính tốn vào lượng cắt Để thực tính tốn phân tích kết tính tốn trước hết cần kiểm tra tính xác tham số định nghĩa lý thuyết Hai số tham số sử dụng lượng cắt (Ecut) số lượng điểm chia k vùng Brillouin (BZ) Trong tính tốn tác giả sử dụng xấp xỉ gradien tổng quát Đối với việc phân tích cấu trúc, tổng lượng (TNL) đóng vai trò quan trọng [85] Đối với giá trị Ecut, tác giả thực giải tự hợp phương trình Kohn-Sham (4.13) tính TNL ngun tử Si Ge cấu trúc Si - Ge (50% Hình 4.1 Sự phụ thuộc tổng Si 50% Ge ) Kết tính lượng vào Ecut tốn phụ thuộc TNL vào Ecut mơ tả hình vẽ 4.1 Kết cho thấy, TNL hội tụ dần giá trị xác định Ecut lớn dần Giá trị thấy phù hợp tương đối tốt Ecut = 30 Ry Như vậy, việc phân tích cấu trúc tinh thể, giá trị chấp nhận tốn tác giả Khi phân tích cấu trúc vùng liên quan đến hấp thụ phát quang tinh thể, yếu tố quan trọng xem xét biên vùng dẫn vùng hóa trị, độ rộng vùng cấm nghiên cứu Tác giả trình bày kết tính tốn biên vùng dẫn biên vùng hóa trị hình 4.2; 4.3 độ rộng vùng cấm hình 4.4 hàm phụ thuộc vào Ecut 17 Hình 4.2 Sự phụ thuộc vùng dẫn thấp vào Ecut Hình 4.3 Sự phụ thuộc vùng hóa trị cao vào Ecut Như vậy, trường hợp hội tụ đạt khó tổng lượng Cả vùng dẫn nhỏ vùng hóa trị lớn hội tụ dần Ecut lớn 62 Ry Điều có nghĩa rằng, để đảm bảo hội tụ tốt Ecut cần lấy giá trị lớn 62 Ry So sánh với kết Ecut cho phần tổng lượng trên, sau tác giả chọn giá trị Ecut cố định 62 Ry cho phép tính sau Hình 4.4 Sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm vào Ecut 4.1.2 Sự hội tụ kết tính tốn vào số lượng điểm chia k vùng Brillouin Bên cạnh phụ thuộc TNL vào tham số lượng Ecut tính hội tụ số lượng điểm chia k vùng BZ thứ TNL đóng vai trò quan trọng Tính tốn tương tự Ecut, điểm chia k vùng BZ, tác giả thực giải tự hợp phương trình Kohn - Sham tính TNL nguyên tử Si, Ge cấu trúc lựa chọn 18 Kết tính tốn phụ thuộc TNL vào điểm chia k, lấy theo sơ đồ Monkhorst – Pack [59], vùng BZ mơ tả hình vẽ 4.5 Kết cho thấy điểm chia k vùng BZ hội tụ dần giá trị xác định điểm chia k tăng dần Giá trị thấy phù hợp tương đối tốt k = 6, nghĩa chia đồng giống cho ba chiều theo véc tơ mạng đảo theo chiều điểm chia Hình 4.5 Sự phụ thuộc tổng lượng vào số lượng điểm chia k Như việc phân tích cấu trúc tinh thể, giá trị điểm chia k = giá trị chấp nhận tính tốn tác giả Khi phân tích cấu trúc vùng điện tử, yếu tố quan trọng xem xét biên vùng dẫn, vùng hóa trị, độ rộng vùng cấm Vì chúng liên quan đến hấp thụ phát quang tinh thể Tác giả trình bày kết tính tốn lượng biên vùng dẫn biên vùng hóa trị hình 4.6; 4.7 độ rộng vùng cấm hình 4.8 Hình 4.6 Sự phụ thuộc vùng dẫn thấp vào số lượng điểm chia k Hình 4.7 Sự phụ thuộc vùng hóa trị cao vào số lượng điểm chia k Chúng phụ thuộc vào số lượng điểm chia k Như vậy, trường hợp hội tụ đạt khó tổng lượng Cả cực tiểu vùng dẫn cực đại vùng hóa trị hội tụ dần số lượng điểm chia k lớn 19 Điều có nghĩa rằng, để đảm bảo hội tụ tốt cho tính tốn cấu trúc điện tử số lượng điểm chia k cần lấy giá trị lớn So sánh với kết số lượng điểm chia k cho phần tổng lượng trên, tác giả chọn giá trị số lượng điểm chia k cố định cho phép tính sau Hình 4.8 Sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm vào số lượng điểm chia k 4.1.3 Cấu trúc tinh thể nano hợp kim Si1-xGex Ở mô hình lý thuyết, tinh thể hợp kim Si1-xGex tạo thành từ việc thay Si Ge mạng tinh thể kiểu kim cương Giả thiết ban đầu tác giả đưa tinh thể có cấu trúc tinh thể kiểu kim cương Si Một cấu hình thể hình 4.10 cho trường hợp thay nguyên tử Ge cho nguyên tử Si (x = 0,3125) ô mạng sở nguyên tố Theo phương pháp này, phụ thuộc lượng vào thể tích tinh thể xác định phương trình trạng thái Murnaghan [52]: E V E V0 B '0 B0V V / V0 B '0 B '0 VB 0 B '0 (4.1) Hình 4.10 Tổng lượng (đơn vị Hatree) cho Si1-xGex, ứng với x = 0,3125 phụ thuộc thể tích sở (đơn vị ngun tử) Điểm “•” kết tính tốn sử dụng DFT-GGA, đường cong liền nét thể điểm tính tốn khớp phương trình trạng thái Murnaghan 20 Hình 4.10 mơ tả kết tính tốn từ phương trình (4.2) cho trường hợp cho trường hợp thay nguyên tử Ge nguyên tử Si (ứng với x = 0,3125) Như đường cong liền nét cho thấy phù hợp tốt kết tính tốn lý thuyết DFT-GGA phương trình (4.2) Giá trị mơ đun khối tính tốn đồng thời nhờ phương trình (4.2) Cực trị đường cong liền nét cho thấy tinh thể tồn trạng thái có giá trị Hình 4.11 So sánh kết số mạng thay đổi theo thành phần x hợp kim lượng nhỏ Khẳng Si1-xGex tính toán lý thuyết DFT – định tồn tinh thể GGA kết thực nghiệm kim kết mang đến việc chế tạo tinh thể đơn pha Si1-xGex Hình 4.11 biểu diễn kết tính tốn sử dụng DFT – GGA Kết tính tốn cho thấy phù hợp tốt lý thuyết thực nghiệm 4.2 Sự liên hệ cấu trúc vùng lượng chuyển mức lượng Trong phần này, tác giả sử dụng lý thuyết tính tốn cấu trúc vùng điện tử tinh thể hợp kim nano Si1-xGex để phân tích kết thực nghiệm đưa chương Ở đây, tác giả sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) phương pháp k.p [15], [23], [47] Như nói trên, hợp kim hợp kim Si1-xGex (x = ÷ 1) hình thành từ ngun tố Si Ge Để thấy Hình 4.12 Dải đường màu biểu diễn cấu trúc vùng điện tử Si (màu đỏ), Ge rõ thay đổi cấu trúc vùng (màu đen), Si0,5Ge0,5 (màu lam) điện tử, trước tiên dựa lý 21 thuyết phiếm hàm mật độ, tác giả tính toán cách sử dụng phương pháp giả gói Quantum Espresso [25] GGA có kể đến tương tác spin quỹ đạo [49], [69] Chi tiết thông số định nghĩa để đạt nghiệm tự hợp hội tụ giống Ecut = 62 Ry lưới điểm k vùng BZ 6x6x6 theo sơ đồ Monkhorst – Pack mô tả mục 4.1.1 Để đơn giản, tác giả cấu trúc Si1-xGex với x = 0; 0,5; Kết tính tốn trình bày hình 4.13 Từ đó, ta thấy thành phần x thay đổi độ rộng vùng cấm thay đổi rõ ràng Ở biên vùng hóa trị gần lượng Fermi, thay đổi cấu trúc vùng lượng nhỏ Điều cho thấy tương tự vùng hóa trị Si, Ge Si0,5Ge0,5 Vùng dẫn có thay đổi mạnh Để chứng minh rõ thay đổi này, tác giả tính tốn cấu trúc vùng điện tử với Si1-xGex theo giá trị x = 0,0625; 0,1875; 0,3125; 0,4375; 0,6250 0,8125 cấu trúc tinh thể ứng với giá trị mô tả thảo luận Kết trình bày với trường hợp Si1-xGex với x = 0,0625 x = 0,6250 hình 4.13 Hình 4.13 Các đường màu biểu diễn cấu trúc vùng điện tử Si 1-xGex siêu mạng, với x = 0,0625 (màu đỏ) x = 0,6250 (màu đen) Trên hình 4.13, dễ dàng quan sát thấy cực tiểu vùng dẫn xuất (được rõ mũi tên đen), cực tiểu vùng dẫn dịch chuyển từ từ sang điểm Γ thành phần x tăng lên Để xây dựng, tác giả sử dụng phương pháp k.p mô lại cấu trúc Si1-xGex [19], [29] hình 4.14 22 Hình 4.14 Các đường màu biểu diễn cấu trúc vùng điện tử hợp kim nano Si1-xGex tính phương pháp k.p với x = 0,0625 (màu đỏ), x = 0,3125 (màu đen), x = 0,6250 (màu xanh lam), x = 0,8125 (màu hồng) Trên hình 4.14, tác giả trình bày cấu trúc vùng lượng tính tốn cho hợp kim Si1-xGex với x = 0,0625 (màu đỏ), x = 0,3125 (màu đen), x = 0,6250 (màu xanh lam) x = 0,8125 (màu hồng) theo tính tốn phương pháp k.p Từ hình 4.12 hình 4.14 cho thấy kết tính tốn theo phương pháp k.p phù hợp với kết tính tốn sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ Các dải dẫn độ rộng vùng cấm dẫn dọc theo đường Γ- L chuyển dần xuống gần mức lượng Fermi (độ rộng vùng cấm giảm ) với thành phần Ge tăng lên Một phù hợp khác từ tính tốn theo DFT phương pháp k.p độ rộng vùng cấm chuyển dời trực tiếp từ điểm L đến điểm Γ vùng Brillouin có giá trị xấp xỉ eV thành phần x = 0,8125 Kết phù hợp với nghiên cứu độ rộng vùng cấm chuyển dời trực tiếp xác định từ phổ hấp thụ với mẫu tinh thể hợp kim nano đơn pha Si1-xGex (x = 0,8) xử lý nhiệt 600, 800 1000 o C, trình bày chương 3, có độ rộng vùng cấm xấp xỉ E1 = eV Điều cho thấy tính tốn, lập luận dựa phương pháp k.p DFT phù hợp với kết thu từ việc khảo sát mẫu chế tạo phần thực nghiệm chương KẾT LUẬN Dưới kết mà luận án thu được: Đã tìm phương pháp chế tạo màng mỏng chứa cấu trúc nano tinh thể hợp kim Si1-xGex phù hợp với điều kiện thí nghiệm Cơ chế hình thành hạt nano vật liệu thảo luận giải thích Các màng mỏng có chứa cấu trúc nano tinh thể hợp kim Si123 với thành phần x thay đổi từ 0,2 ÷ 0,8 chế tạo đáp ứng yêu cầu thí nghiệm; Hợp kim Si1-xGex chế tạo với thành phần x từ 0,2 ÷ 0,8 có cấu trúc tinh thể kiểu mạng kim cương với kích thước hạt dao động khoảng từ ÷ 14 nm, xác định qua phép đo XRD, Hấp thụ, Raman, TEM, HR-TEM SAED Hằng số mạng tinh thể hợp kim Si1-xGex tăng tuyến tính theo hàm số thành phần x Ge từ số mạng Si (aSi) đến số mạng Ge (aGe) Từ phổ hấp thụ thu hợp kim nano Si1-xGex, quan sát thấy lượng trình hấp thụ trực tiếp tạo cặp điện tử lỗ trống vị trí điểm 𝛤 L vùng Brillouin Kết góp phần bổ sung kiến thức việc nghiên cứu phát triển ứng dụng sản phẩm sở nano tinh thể SiGe Cụ thể trình hấp thụ tái hợp cặp điện tử lỗ trống vật liệu bán dẫn hợp kim nano Si1-xGex; Các tâm bẫy hạt tải điện với lượng ion hóa khoảng eV xác định phương pháp bơm - dò Q trình hồi phục hạt tải điện sinh sau q trình kích thích quang học tổ hợp hàm mũ ứng với thời gian sống khác hạt tải điện Giá trị xác định là τ1 ≈ 600 fs, τ2 ≈ 12 ps, τ3 ≈ 15 ns ứng với mẫu Si0,2Ge0,8 Sự hồi phục nhanh hạt tải điện liên quan đến tâm bẫy biên hạt SiGe mạng SiO2 Điều giải thích phát xạ nano SiGe mạng SiO2; Đã sử dụng phương pháp DFT - GGA phương trình trạng thái Murnaghan thực tính tốn, phân tích tinh thể đơn pha Si1-xGex với giá trị x khác nhau, tác giả thu bền vững tương đối hạt nano tạo thành Các nguyên tử tinh thể dịch chuyển vị trí cân thiết lập trạng thái ổn định với giá trị số mạng nằm giới hạn Si Ge Các tính tốn cho mơ đun khối hệ tinh thể phù hợp với phân tích suy từ giá trị thực nghiệm tinh thể khối Si Ge; Các kết nghiên cứu tính tốn cấu trúc vùng lượng theo phương pháp DFT- GGA phù hợp với tính tốn dùng phương pháp k.p Kết đóng vai trò quan trọng việc phân tích kết phát quang vật liệu hợp kim nano Si1-xGex với thành phần x thay đổi 0,2 ÷ 0,8 xGex 24 ... tuyết tính theo hàm lượng Ge đưa vào tinh thể hợp kim Si1-xGex Giá trị số mạng tinh thể hợp kim tăng dần khoảng từ số mạng aSi = 5,431Å aGe = 5,651 Å 3.1.4 Phân tích cấu trúc tinh thể hợp kim Si1-xGex... vùng cấm lớn SiO2 Cụ thể hệ vật liệu hợp kim Si1-xGex đơn tinh thể có cấu trúc nano với thành phần x thay đổi từ 0,2 ÷ 0,8 Nội dung nghiên cứu Chế tạo vật liệu hợp kim nano Si1-xGex chất lượng... rộng vùng cấm vào số lượng điểm chia k 4.1.3 Cấu trúc tinh thể nano hợp kim Si1-xGex Ở mơ hình lý thuyết, tinh thể hợp kim Si1-xGex tạo thành từ việc thay Si Ge mạng tinh thể kiểu kim cương Giả