Khảo sát cấu hình nhám từ tỉ số độ rộng phổ trong giếng lượng tử ingaas inalas

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN THỊ HUÊ KHẢO SÁT CẤU HÌNH NHÁM TỪ TỈ SỐ ĐỘ RỘNG PHỔ TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ InGaAs/InAlAs Chuyên ngành: VẬT LÝ LÝ THUYẾT VÀ VẬT LÝ TOÁN Mã số: 60 44 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THEO ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS ĐINH NHƯ THẢO Thừa Thiên Huế, năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết nghiên cứu nêu Luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Huế, tháng năm 2018 Tác giả Luận văn Trần Thị Huê ii LỜI CẢM ƠN Hồn thành Luận văn tốt nghiệp này, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Đinh 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 Thầy, Cô giáo khoa Vật Lý phòng Đào tạo Sau đại học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế; bạn học viên Cao học khóa 25 gia đình, bạn bè động viên, góp ý, giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi q trình học tập thực Luận văn Huế, tháng năm 2018 Tác giả Luận văn Trần Thị Huê iii MỤC LỤC Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục Danh mục bảng biểu Danh mục từ viết tắt kí hiệu Danh sách hình vẽ MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài II Mục tiêu đề tài 11 III Nội dung đề tài 11 IV Phương pháp nghiên cứu 12 NỘI DUNG 14 Chương 1: Cơ sở lý thuyết 14 1.1 Tổng quan vật liệu bán dẫn InGaAs/InAlAs 14 1.1.1 Các thông số vật liệu bán dẫn InGaAs 15 1.1.2 Các thông số vật liệu bán dẫn InAlAs 17 1.1.3 Dị cấu trúc bán dẫn InGaAs/InAlAs 18 1.2 Tổng quan giếng lượng tử 19 1.2.1 Năng lượng trạng thái điện tử hệ bán dẫn hai chiều 20 1.2.2 Giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn 22 1.2.3 Giếng lượng tử vng góc sâu hữu hạn 24 1.2.4 Giếng lượng tử parabol 27 1.2.5 Giếng tam giác 30 1.3 Các chế tán xạ khí điện tử hai chiều 32 1.3.1 Tán xạ nhám bề mặt (SR) 33 1.3.2 Tán xạ phonon (LO phonon LA phonon) 33 1.3.3 Tán xạ tạp chất ion hóa (II) 34 1.3.4 Tán xạ trật tự hợp kim bán dẫn (AD) 35 1.4 Giải gần phương pháp biến phân 36 Chương 2: Khảo sát cấu hình nhám bề mặt giếng lượng tử InGaAs/InAlAs 39 2.1 Mơ hình giếng lượng tử hình thành dị cấu trúc bán dẫn InGaAs/InAlAs 39 2.1.1 Giếng lượng tử hình thành chuyển tiếp dị chất đơn InGaAs/InAlAs 39 2.1.2 Giếng lượng tử hình thành chuyển tiếp dị chất kép InAlAs/InGaAs/InAlAs 40 2.1.3 Hàm sóng giếng lượng tử InGaAs/InAlAs 42 2.2 Các đại lượng đặc trưng cấu hình nhám 44 2.3 Ảnh hưởng tán xạ nhám bề mặt lên độ rộng vạch phổ 45 2.3.1 Độ rộng vạch phổ vùng chuyển tiếp 45 2.3.2 Ảnh hưởng tán xạ nhám bề mặt lên độ rộng vạch phổ 46 2.4 Độ rộng vạch phổ độ nhám 48 Chương 3: Kết tính tốn thảo luận 50 3.1 Xác định giá trị chiều dài tương quan Λ 50 3.2 Xác định giá trị biên độ nhám ∆ 51 3.3 Khảo sát thay đổi cấu hình nhám vật liệu InGaAs/InAlAs thay đổi tham số giếng lượng tử 53 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC P.1 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các thông số vật liệu bán dẫn InGaAs nhiệt độ 300 K Bảng 1.2 16 Các thông số vật liệu bán dẫn InAlAs nhiệt độ 300 K 18 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Cụm từ viết tắt Nghĩa cụm từ viết tắt 2DEG Khí điện tử hai chiều AD Mất trật tự hợp kim II Tạp ion hóa LA Phonon âm LO Phonon quang QW Giếng lượng tử SR Nhám bề mặt DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể InAs (trái) GaAs (phải) 15 Hình 1.2 Linh kiện quang điện tử 16 Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể InAs (trái) AlAs (phải) 17 Hình 1.4 (a) Dạng biểu đồ giếng lượng tử MOSFET InGaAs (b) mặt cắt ngang ảnh hiển vi di chuyển electron với bề dày ống dẫn 10 nm nm 19 Hình 1.5 Cấu trúc giếng lượng tử 20 Hình 1.6 Mơ hình giếng lượng tử hình thành lớp GaAs kẹp hai lớp AlGaAs 20 Hình 1.7 Minh họa giếng lượng tử vng góc sâu vơ hạn 22 Hình 1.8 Đồ thị hàm sóng hạt giếng lượng tử Hình 1.9 vng góc sâu vô hạn 23 Minh họa giếng lượng tử vng góc sâu hữu hạn 24 Hình 1.10 Đồ thị xác định giá trị η tương ứng với mức lượng 26 Hình 1.11 Đồ thị hàm sóng hạt giếng lượng tử vng góc sâu hữu hạn 27 Hình 1.12 Minh họa giếng lượng tử parabol 27 Hình 1.13 Đồ thị hàm sóng hạt giếng lượng tử parabol 30 Hình 1.14 Minh họa giếng lượng tử tam giác 31 Hình 1.15 Đồ thị hàm sóng hạt giếng lượng tử tam giác Hình 2.1 32 Minh họa giếng lượng tử chuyển tiếp dị chất đơn InGaAs/InAlAs 40 Hình 2.2 Minh họa giếng lượng tử chuyển tiếp dị chất kép InAlAs/InGaAs/InAlAs Hình 2.3 Minh họa kích thước đặc trưng cấu hình nhám biên độ nhám ∆ chiều dài tương quan Λ Hình 3.1 41 45 Sự phụ thuộc tỉ số độ rộng phổ Rγ (Λ) vào chiều dài tương quan Λ giếng lượng tử InGaAs/InAlAs với độ rộng giếng L = 90 ˚ A, đường đứt nét màu đỏ biểu diễn kết tính số theo lý thuyết, đường liền nét màu xanh biểu diễn kết từ thực nghiệm, dấu mũi tên giá trị Λ Hình 3.2 51 Sự phụ thuộc độ rộng vạch phổ γSR (∆) vào biên độ nhám ∆ giếng lượng tử InGaAs/InAlAs với độ rộng giếng L = 90 ˚ A chiều dài tương quan lấy từ hình 3.1: Λ = 96 ˚ A, đường đứt nét màu đỏ biểu diễn kết tính số theo lý thuyết, đường liền nét màu xanh biểu diễn kết từ thực nghiệm dấu mũi tên giá trị ∆ Hình 3.3 52 Sự phụ thuộc tỉ số độ rộng phổ Rγ (Λ) vào chiều dài tương quan Λ giếng lượng tử InGaAs/InAlAs với độ rộng giếng L = 110 ˚ A (tăng 20 ˚ A so với ban đầu L = 90 ˚ A), đường đứt nét màu đỏ biểu diễn kết tính số theo lý thuyết, đường liền nét màu xanh biểu diễn kết từ thực nghiệm dấu mũi tên giá trị Λ 53 + Năng lượng hạt En = 1/3 2m 2/3 3πeε n− , (n = 1, 2, 3, ) (P.48) Sử dụng điều kiện chuẩn hóa ∞ |ψ(z)|2 dz = 1, (P.49) Ai2 (x)dx = Ai (z) − zAi2 (z), (P.50) biểu thức ∞ z ta tính hệ số chuẩn hóa A có dạng 2meε 1/3 A= Ai (λ0 ) − λ0 Ai2 (λ0 ) , (P.51) λ0 = −E 2m e2 ε2 P.8 1/3 (P.52) ... tài ? ?Khảo sát cấu hình nhám từ tỉ số độ rộng phổ giếng lượng tử InGaAs/ InAlAs? ?? làm Luận văn Thạc sĩ Mục tiêu nghiên cứu Xác định hai kích thước cấu hình nhám từ tỉ số độ rộng phổ giếng lượng tử. .. Chương 2: Khảo sát cấu hình nhám bề mặt giếng lượng tử InGaAs/ InAlAs 39 2.1 Mơ hình giếng lượng tử hình thành dị cấu trúc bán dẫn InGaAs/ InAlAs 39 2.1.1 Giếng lượng tử hình thành... qua tỉ số độ rộng phổ giếng lượng tử InN/GaN [2] Tuy nhiên, chúng tơi chưa tìm thấy nghiên cứu cấu hình nhám tính tốn từ tỉ số độ rộng phổ giếng lượng tử In0.53 Ga0.47 As/In0.52 Al0.48 As Từ lý