Đang tải... (xem toàn văn)
1.3 Transistor ë linh ëng i»n tû cao düa tr¶n AlGaN/GaN v transistor hi»u ùng tr÷íng düa tr¶n graphene.. Danh mục các từ viết tắt[r]
(1)BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-
PHẠM THỊ BÍCH THẢO
HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ TRONG CÁC CẤU TRÚC NANO BÁN DẪN DỰA TRÊN VẬT LIỆU PHÂN CỰC AlGaN/GaN
VÀ PENTA-GRAPHENE NANORIBBON
LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ
(2)
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
…… ….***…………
PHẠM THỊ BÍCH THẢO
HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ TRONG CÁC CẤU TRÚC NANO BÁN DẪN DỰA TRÊN VẬT LIỆU PHÂN CỰC AlGaN/GaN
VÀ PENTA-GRAPHENE NANORIBBON
LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ
Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết Vật lý toán Mã số: 44 01 03
Người hướng dẫn khoa học:
1 PGS.TS Nguyễn Thành Tiên GS.TS Đoàn Nhật Quang
(3)LÍI CM ÌN
º ho n th nh luªn ¡n ny, tổi  nhên ữủc rĐt nhiÃu sỹ giúp ù, hộ trủ v ởng viản cừa quỵ ThƯy Cổ, ỗng nghiằp, bÔn b v ngữới thƠn
Trữợc tiản, tổi xin gỷi lới tri Ơn sƠu sưc nhĐt án GS.TS on Nhêt Quang v PGS.TS Nguyạn Thnh Tiản Trong suốt quĂ trẳnh thỹc hiằn luên Ăn, ngoi sỹ hữợng dăn tên tẳnh cổng tĂc chuyản mổn, cĂc ThƯy cỏn l nhỳng ngữới Ưu tiản giúp tổi ỵ thực ữủc vai trỏ cừa viằc nghiản cựu, bữợc Ưu lm quen v cõ ỵ thực lm viằc ởc lêp, lm viằc nhõm cụng nhữ tỹ hẳnh thnh nhỳng nh hữợng nghiản cựu hộ trủ cổng tĂc giÊng dÔy nh trữớng
Xin ữủc gỷi lới cÊm ỡn án PGS.TS Lả TuĐn, PGS.TS inh Nhữ ThÊo v cĂc bÔn hồc viản cao hồc nhõm nghiản cựu tÔi trữớng Ôi hồc CƯn Thỡ Â cởng tĂc cĂc cổng trẳnh nghi¶n cùu khoa håc thíi gian qua
Tỉi cơng xin gỷi lới cÊm ỡn án quỵ ThƯy Cổ giÊng dÔy v cổng tĂc tÔi Viằn Vêt lỵ, Hồc viằn Khoa håc v Cỉng ngh» Vi»t Nam ¢ truy·n thư ki¸n thùc v trđ cỉng t¡c håc vư cho tỉi st thíi gian thüc hi»n · t i
Xin chƠn thnh cÊm ỡn quỵ ThƯy Cổ cổng tĂc tÔi Khoa Khoa hồc Tỹ nhiản v cĂc ban chực nông trữớng Ôi hồc CƯn Thỡ Â tÔo mồi i·u ki»n º tỉi ho n th nh vi»c håc tªp v nghiản cựu cĂc nôm qua
Cuối cũng, xin gỷi lới tri Ơn án bÔn b v ngữới thƠn, nhỳng ngữới luổn hộ trủ v ởng viản tổi vữủt qua nhỳng khõ khôn hon thnh luên Ăn ny
H Nëi, ng y 10 th¡ng 12 n«m 2020
(4)LÍI CAM OAN
Tỉi xin cam oan cổng trẳnh ny ữủc tổi thỹc hiằn dữợi sỹ hữợng dăn cừa GS.TS on Nhêt Quang, PGS.TS Nguyạn Thnh Tiản v cĂc nởi dung liản quan chữa ữủc cổng bố bĐt ký luên Ăn no Cử th, chữỡng l phƯn lữủc khÊo ti liằu vêt liằu phƠn cỹc v Ênh hững cừa iằn tẵch phƠn cỹc lản hiằn tữủng vên chuyn iằn tỷ Chữỡng v l kát quÊ nghiản cựu và hiằn tữủng giam cƯm lữủng tỷ v vên chuyn iằn tỷ cĐu trúc thĐp chiÃu ữủc tổi thỹc hiằn hai thƯy hữợng dăn GS.TS on Nhêt Quang, PGS.TS Nguyạn Thnh Tiản v cởng sỹ PGS.TS inh Nhữ ThÊo Cuối cũng, cĂc kát quÊ và nghiản cựu hiằn tữủng vên chuyn iằn tỷ penta-graphene nanoribbon thuƯn v pha tÔp bơng lỵ thuyát phiám hm mêt ữủc tổi thỹc hiằn PGS.TS Nguyạn Thnh Tiản, ThS Vó Trung Phúc v GS Rajeev Ahuja, Ôi hồc Uppsala, Thửy in
H Nởi, ngy 10 th¡ng 12 n«m 2020
(5)Mưc lưc
Danh mưc c¡c vi¸t tt iii Danh s¡ch h¼nh v³ iv
Danh s¡ch b£ng ix
PhƯn m Ưu
Chữỡng Tờng quan và vêt liằu nghiản cựu 15
1.1 CĐu trúc d ch§t AlGaN/GaN 15
1.1.1 C§u tróc dà ch§t 15
1.1.2 C§u tróc d chĐt phƠn cỹc 17
1.1.3 nh hững cừa iằn tẵch phƠn cỹc lản hiằn tữủng vên chuyn iằn tỷ cĐu trúc d chĐt phƠn cüc AlGaN/GaN 19 1.2 Vªt li»u graphene v penta-graphene 22
1.2.1 Vªt li»u graphene 22
1.2.2 Vªt li»u graphene nanoribbon 25
1.2.3 Vªt li»u penta-graphene 30
1.2.4 Vªt li»u penta-graphene nanoribbon 32
(6)Chữỡng PhƠn bố iằn tỷ cĐu trúc
d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN 38 2.1 Hm sõng bián phƠn cho cĐu trúc d chĐt ỡn ro hỳu hÔn 39 2.2 CĂc thá giam giỳ iằn tỷ cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc pha tÔp
iÃu bián 40 2.3 Tờng nông lữủng ựng vợi mởt electron vũng thĐp nhĐt 46 2.4 Kát quÊ tẵnh số v thÊo luên 50 Chữỡng Hiằn tữủng vên chuyn iằn tỷ
trong cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN 56 3.1 Kát quÊ giÊi tẵch 57 3.2 Kát quÊ tẵnh số v thÊo luên 67
3.2.1 linh ởng gƠy bi tĂn xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim v tĂn xÔ nhĂm kát hủp 67 3.2.2 So s¡nh vỵi dú li»u thüc nghiằm 69 Chữỡng Hiằn tữủng vên chuyn iằn tỷ penta-graphene nanoribbon dÔng biản rông cữa pha tÔp 74
4.1 c tẵnh cĐu trúc 75 4.2 c tẵnh vên chuyn iằn tỷ 81
PhƯn kát luên 90
(7)Danh mục từ viết tắt
Tên Viết tắt
Khí điện tử hai chiều (two-dimensional electron gas) 2DEG
Armchair penta-graphene nanoribbon AAPGNR
Hàm tự tương quan (Autocorrelation function) ACF
Mất trật tự hợp kim (Alloy disorder) AD
Armchair graphene nanoribbon AGNR
Nhám rào (Barrier roughness) BR
Nhám kết hợp (Combined roughness) CR
Lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density functional theory) DFT
Mật độ trạng thái (Density of state) DOS
Transistor hiệu ứng trường (Field effect transistor) FET
Transistor hiệu ứng trường graphene (Graphene field effect
transistor) GFET
Graphene nanoribbon GNR
Transistor độ linh động điện tử cao (High electron mobility
transistor) HEMT
Transistor hiệu ứng trường cấu trúc dị chất (Heterojunction
field effect transistor) HFET
Cấu trúc dị chất (Heterostructure) HS
Điốt phát quang (Light Emitting Diode) LED
Mật độ trạng thái riêng (Partial density of state) PDOS
Penta-graphene PG
Penta-graphene nanoribbon PGNR
Nhám phân cực (Polarization roughness) PR
Giếng lượng tử (Quantum well) QW
Sawtooth penta-graphene nanoribbon SSPGNR
Zigzag-armchair penta-graphene nanoribbon ZAPGNR
Zigzag graphene nanoribbon ZGNR
(8)Danh s¡ch h¼nh v³
1.1 Sü sưp xáp nguyản tỷ trản mt Ga v N cừa tinh th GaN Mụi tản ch hữợng phƠn cỹc tỹ phĂt [11] 18 1.2 GiÊn ỗ vũng v sỹ hẳnh thnh khẵ iằn tỷ hai chiÃu tÔi bà m°t
AlGaN/GaN [11] 20 1.3 Sü thay ời mêt khẵ iằn tỷ hai chiÃu theo thnh ph¦n Al v
b· d y AlGaN [11] 22 1.4 Mët sè c§u tróc cõa carbon 24 1.5 Sỹ hẳnh thnh cĂc cĐu trúc carbon tứ graphite 25 1.6 C§u tróc graphene v hai dÔng graphene nanoribbon: zigzag v
armchair 26 1.7 a) V trẵ pha tÔp B AGNR, b) Pha tÔp N AGNR, c)
Pha tÔp B-N AGNR, d) Mổ hẳnh thiát b cừa AGNR pha tÔp B, N hoc ỗng pha tÔp B-N [86] 27 1.8 a) CĐu trúc vũng cừa AGNR thuƯn v AGNR pha tÔp B cĂc v
trẵ kh¡c nhau, b) Phê I-V cõa AGNR thu¦n v AGNR pha tÔp B v trẵ P4 v P6 tữỡng ùng h¼nh 1.7 [86] 28 1.9 a) CĐu trúc vũng cừa AGNR thuƯn v AGNR pha tÔp B-N kát
(9)1.10 a) Sỡ ỗ cĐu trúc nguyản tỷ cừa 8-ZGNR v v trẵ tÔp thay thá khĂc nhau, b) Mổ hẳnh thiát b cừa 8-ZGNR ữủc tổi hõa biản
hydro [87] 29
1.11 C§u tróc vịng cõa ZGNR pha tÔp B v trẵ khĂc (a, b, c, d) v ZGNR thu¦n (e) [87] 29
1.12 CĐu trúc vũng cừa ZGNR pha tÔp N ð tr½ kh¡c (a, b, c, d) v ZGNR thu¦n (e) [87] 30
1.13 C§u tróc penta-graphene [39] 31
1.14 C¡c c§u tróc penta-graphene nanoribbon [53] 32
1.15 Sỡ ỗ vũng hẳnh thnh tÔi tiáp giĂp cho mởt HEMT 34
1.16 Mỉ h¼nh HEMT GaN 35
1.17 Mỉ h¼nh transistor hi»u ùng trữớng dỹa trản graphene 36
2.1 Mổ hẳnh pha tÔp iÃu bián cĐu trúc d chĐt ph¥n cüc Al-GaN/GaN 39
2.2 H m sâng (a) v cĂc thá giam cƯm (b) cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN vợi mêt 2DEG ns = 5ì1012 cm2, mêt donor NI = 5ì1018 cm3, kẵch thữợc phƠn bố tÔp Ld = 150 A, khoÊng cĂch tứ 2DEG án tÔp Ls= 70 A mêt iằn tẵch phƠn cỹc lƯn lữủt l /e= 5ì1012, 1013 v 5ì1013 cm2, ữủc kỵ hiằu tữỡng ựng a, b v c ÷íng li·n n²t v ùt n²t ùng vợi mổ hẳnh ro hỳu hÔn v mổ hẳnh ro vổ hÔn 51
(10)2.4 Hẳnh (a), hm sõng cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN vợi hm lữủng Al hủp kim x = 0.3, mêt 2DEG ns = 5ì1012 cm2, kẵch thữợc phƠn bố tÔp Ld = 150 A, khoÊng cĂch
tứ 2DEG án tÔpLs= 70A mêt donor lƯn lữủt lNI= 1018, 5ì1018 v 1019 cm3, ữủc kỵ hiằu tữỡng ựng a, b v c Hẳnh (b),
hm sõng cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN vợi hm lữủng Al hủp kim x = 0.3, mêt 2DEG ns = 1013 cm2,
kẵch thữợc phƠn bố tÔp Ld = 150 A, mêt donor NI = 5×1018
cm−3 kho£ng c¡ch tø 2DEG án tÔp lƯn lữủt l L
s = A, 70
A v 150 A ÷đc kỵ hiằu tữỡng ựng a, b v c ữớng liÃn nt v ựt nt ựng vợi mổ hẳnh ro hỳu hÔn v mổ hẳnh ro vổ hÔn 54 3.1 linh ởng xt tĂn xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim (AD), tĂn xÔ
nhĂm kát hủp (CR) v tờng cĂc tĂn xÔ (Tot) theo mêt iằn tẵch phƠn cỹc /e cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc pha tÔp iÃu
bián AlGaN/GaN biản ë nh¡m ∆ = A v ë d i t÷ìng
quan = 70 A ỗ th nhọ km theo mỉ t£ h m sâng cõa c§u
tróc dà chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN mêt 2DEGns= 5ì1012
cm2, mêt donor N
I = 5ì1018 cm3, kẵch thữợc phƠn bố tÔp
Ld = 150 A v khoÊng cĂch tứ tÔp án 2DEG Ls = 70 A; a, b,
c ựng vợi giĂ tr mêt iằn tẵch phƠn cỹc /e = 5ì1012, 1013, 5ì1013 cm−2 68
3.2 ë linh ëng xt tĂn xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim (AD), tĂn xÔ nhĂm kát hủp (CR) v tờng cĂc tĂn xÔ (Tot) theo mêt donor
NI cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc pha tÔp iÃu bián AlGaN/GaN
vợi hm lữủng Al x= 0.3, mêt 2DEG ns= 5ì1012 cm2, kẵch
thữợc phƠn bố tÔp Ld= 150 A v khoÊng cĂch tứ tÔp án 2DEG
Ls= 70 A bi¶n ë nh¡m ∆ = 3A v ë d i t÷ìng quanΛ = 70
A ç nhä k±m theo mæ t£ h m sâng cõa cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN mêt 2DEG ns = 5ì1012 cm2, kẵch
thữợc phƠn bố tÔp Ld= 150 A v khoÊng cĂch tứ tÔp án 2DEG
Ls = 70 A; a, b, c ùng vợi mêt donor NI = 1018, 5ì1018, 1019
(11)3.3 ë linh ëng x²t t¡n xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim (AD), tĂn xÔ nhĂm kát hủp (CR) v tờng cĂc tĂn xÔ (Tot) cĐu trúc d chĐt pha tÔp iÃu bián AlGaN/GaN theo hm lữủng Al x vợi NI = 4ì1018cm3, Ld= 150 A v Ls = 70 A Chi·u cao r o V0(x),
mêt iằn tẵch phƠn cỹc (x), mêt 2DEG ns(x), biản
nhĂm v di tữỡng quan Λ thay êi theo x C¡c ch§m trán
tữỡng ựng vợi dỳ liằu thỹc nghiằm ữủc o 77 K [115] 71 3.4 ë linh ëng xt tĂn xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim (AD), tĂn xÔ
nhĂm kát hủp (CR) v tờng cĂc tĂn xÔ (Tot) vợi mổ hẳnh ro hỳu hÔn cho cĐu trúc Al0.27Ga0.73N/GaN (cĂc ỗ th trĂi) v
AlN/GaN (ỗ th phÊi) CĂc kỵ hiằu vuổng ữủc tổ en v cĂc kỵ hiằu vuổng trống lƯn lữủt l dú li»u thüc nghi»m o ð 20 K cho c§u tróc Al0.27Ga0.73N/GaN v AlN/GaN [144] 72
4.1 a) C§u tróc mët ỉ cì sð cõa SSPGNR Â ữủc tổi hõa biản hydro v pha tÔp nguyản tỷ (Si, N, P) v trẵ, b) Mổ hẳnh linh kiằn cừa SSPGNR thuƯn hoc pha tÔp (Si, N, P) 76 4.2 C§u tróc vịng cõa SSPGNR, Si-SSPGNR, N-SSPGNR v
P-SSPGNR 78 4.3 Mêt trÔng thĂi v mêt trÔng thĂi ri¶ng cõa SSPGNR,
Si-SSPGNR, N-SSPGNR v P-SSPGNR 80 4.4 ỗ th I(V) cừa SSPGNR, Si-SSPGNR, N-SSPGNR v P-SSPGNR 81 4.5 Phê truy·n qua T(E) cõa (a) SSPGNR, (b) Si-SSPGNR, (c)
N-SSPGNR v (d) P-N-SSPGNR 83 4.6 C§u tróc vịng i»n cüc tr¡i, i»n cüc phÊi v phờ truyÃn qua tÔi
(12)4.7 C§u tróc vịng i»n cüc tr¡i, i»n cüc ph£i v phờ truyÃn qua cừa N-SSPGNR tÔi a) 0.8V v b) 1.4 V Vòng m u v ng thº hi»n kho£ng i»n thá khÊo sĂt c) v d) TrÔng thĂi tĂn xÔ tÔi nhỳng giĂ tr nông lữủng c biằt cờng iằn thá cho N-SSPGNR vợi isovalue bơng 0.2 87 4.8 C§u tróc vịng i»n cüc tr¡i, i»n cüc ph£i v phê truy·n qua cõa
(13)Danh s¡ch b£ng
1.1 nh h÷ðng cõa t¿ sè c0/a0 án cữớng cừa phƠn cỹc tỹ phĂt
trong nitride nhâm III [11] 17 1.2 H» sè ¡p i»n cõa GaN v AlN c§u tróc wurtzite ÷đc dịng
t½nh to¡n [11] 19 4.1 Nhỳng thay ời và di liản kát tứ cĂc v trẵ ữủc pha tÔp án
(14)PhƯn m Ưu
Trong thới Ôi ngy nay, cổng nghằ bĂn dăn l mởt nhỳng lắnh vỹc quan trồng v cõ Ênh hững nhĐt án sỹ phĂt triºn cõa khoa håc - cæng ngh» Cæng ngh» b¡n dăn l nÃn tÊng cừa x hởi thổng tin,  v ang thúc ây x hởi loi ngữới tián lản vợi nhỳng sỹ thay ời sÊn xuĐt, sinh hoÔt, giao tiáp v thêm chẵ cÊ suy nghắ Trong cổng nghằ bĂn dăn, vêt liằu bĂn dăn õng mởt vai trỏ quan trồng Transistor Ưu tiản ữủc phĂt minh vo nôm 1947 dỹa trản chĐt bĂn dăn gecmani (Ge) vợi rởng vũng cĐm nhiằt l 0.67 eV [1] MÔch tẵch hủp Ưu tiản ới vo nôm 1958, mÔch tẵch hủp khối xuĐt hiằn vo nôm 1961 sỷ dửng Ge v silic (Si) vợi rëng vịng c§m ð nhi»t ë pháng 1.12 eV [2] Tứ nôm 1965, silic tr thnh vêt liằu chẵnh cho cĂc mÔch tẵch hủp bĂn dăn Hiằn nay, phƯn lợn cĂc ngnh cổng nghiằp bĂn dăn, mÔch tẵch hủp hoc pin quang iằn văn dỹa trản silic
(15)GaAs (MESFE) sÊn xuĐt Ưu thêp niản 1980 l 1.4 W [3] NhiÃu nộ lỹc  ữủc thỹc hiằn cÊi thiằn hiằu suĐt bơng cĂc phữỡng phĂp khĂc sỹ gia tông mêt cổng suĐt cho transistor hi»u ùng tr÷íng GaAs l khỉng ¡ng kº
(16)bĂn dăn thay ời Ăng k so vợi cĐu trúc bĂn dăn khối v ữủc Ăp trữớng ngoi [9, 10] Hỡn nỳa, cĐu trúc d chĐt bĂn dăn cụng cõ nhỳng c tẵnh nởi tÔi ữu viằt Mởt nhỳng c tẵnh õ l sỹ phƠn cỹc iằn phử thuởc vo hữợng vêt liằu v cĐu trúc vêt liằu, c biằt l cĂc cĐu trúc thĐp chiÃu [11, 12] Vẳ vêy, cĐu trúc d chĐt bĂn dăn l mởt chừ Ã hĐp dăn nghiản cựu vêt liằu hiằn Ôi nhỳng thêp k qua [13, 14, 15, 16, 17]
Hiằu ựng phƠn cỹc mÔnh tỗn tÔi nhiÃu vêt liằu nhữ GaN, ZnO, MgO, AlAs, InN, M°c dị ¢ câ mët số nghiản cựu và Ênh hững cừa hiằu ựng phƠn cỹc lản cĂc tẵnh chĐt iằn cừa cĂc cĐu trúc trản [13, 14, 18, 19], nhỳng cổng trẳnh trản thữớng ữủc nghiản cựu trản hằ pha tÔp khổng ỗng nhĐt v chữa xt án tĐt cÊ cĂc vai trỏ cừa iằn tẵch phƠn cỹc c biằt, cĐu trúc d chĐt bĂn dăn th hiằn hiằu ựng giam cƯm phƠn cỹc cƯn ữủc nghiản cựu mởt cĂch sƠu rởng Ngoi ra, mèi quan h» giúa hi»u ùng giam c¦m v °c tẵnh vên chuyn iằn tỷ cƯn ữủc nghiản cựu chi tiát hỡn
CĂc chĐt bĂn dăn nitride nhõm III bao gỗm GaN, InN, AlN v cĐu trúc d chĐt cừa chúng ữủc ựng dửng rởng rÂi cho cĂc thiát bà i»n tû v quang i»n tû [20] C¡c c§u trúc ny cõ rởng vũng cĐm tứ vũng hỗng ngoÔi gƯn (0.7 eV, InN) án án vũng cỹc tẵm xa (6.2 eV, AlN) [21] °c bi»t, so vỵi c¡c chĐt bĂn dăn nhõm III-V v II-IV thổng thữớng, sỹ ph¥n cüc tü ph¡t v ¡p i»n GaN v AlN vợi cĐu trúc wuztzite lợn hỡn khoÊng mữới lƯn [11] Do â, GaN, AlGaN/GaN, InGaN/GaN, câ thº ÷đc ùng dưng cho transistor ë linh ëng i»n tỷ cao, transistor hiằu ựng trữớng cĐu trúc d chĐt
Cũng vợi cĂc cĐu trúc d chĐt, cĂc dÔng thũ hẳnh cừa carbon hiằn ang thu hút ữủc nhiÃu sỹ quan tƠm Cho án nhỳng nôm giỳa thá k XX, hai dÔng thũ hẳnh phờ bián nhĐt cừa carbon tỹ nhiản l kim cữỡng v than chẳ Than chẳ ữủc phĂt hiằn vữỡng quốc Anh vo khoÊng nôm 1500 sau Cổng nguyản, l mởt vêt liằu bao gỗm nhiÃu lợp nguyản tỷ carbon hai chiÃu (2D) ữủc sưp xáp mởt mÔng lửc giĂc Do ch cõ orbitan p tÔo liản kát v cõ mởt qu Ôo khổng ghp ổi, qu Ôo pz Do â, than ch¼ l mët
(17)thũ hẳnh tiáp theo cừa carbon l Buckminster Fullerenes ữủc ph¡t hi»n v o n«m 1984 bði Richard Smalley v cëng sỹ [23] Tiáp theo, ống nano carbon mởt chiÃu ữủc Iijima phĂt hiằn Ưu nôm 1990 [24] c im chung cõa than ch¼, fullerene v èng nano carbon l sü sưp xáp theo dÔng lửc giĂc cừa cĂc nguyản tỷ carbon Tứ mởt lợp nguyản tỷ carbon liản kát theo hẳnh lửc giĂc, ngữới ta cõ th thu ữủc mởt ba dÔng thũ hẳnh ny: xáp chỗng lản tÔo than chẳ, cuởn thnh ống tÔo thnh èng nano carbon ìn th nh ho°c a th nh hay uèn thnh mởt quÊ bõng tÔo mởt fullerene
Nghiản cựu chuyản sƠu và graphene, mởt vêt liằu hai chiÃu (2D) bao gỗm cĂc nguyản tỷ carbon mÔng lửc giĂc tuƯn hon bưt Ưu tứ nôm 2004 [25] c tẵnh Ăng ỵ nhĐt cừa graphene, Ơy l loÔi tinh th mọng nhĐt ữủc biát vợi cựng cỹc lợn, n hỗi v dăn nhiằt vữủt trởi Vợi cĐu trúc hai chiÃu v diằn tẵch bà mt lỵn kho£ng 2675 m2/g, graphene thº hi»n mët sè
tẵnh chĐt vêt lỵ ởc Ăo Khổng giống nhữ tinh th ba chiÃu, tĐt cÊ cĂc nguyản tỷ graphene l c¡c nguy¶n tû b· m°t, tùc l chóng câ thº tham gia v o c¡c ph£n ùng hâa håc v cĂc tữỡng tĂc khĂc iÃu ny tÔo trin vồng lợn cho viằc thay ời cĂc c tẵnh cừa graphene Trong nhiÃu nôm qua, nhiÃu nghiản cựu lỵ thuyát v thỹc nghiằm cho graphene  ữủc thỹc hiằn Cử th, vi»c têng hđp graphene ìn lỵp, a lỵp hay graphene nanoribbon trản kim loÔi  ữủc thỹc hiằn [26, 27, 28] CĂc tẵnh chĐt iằn tỷ, hõa hồc, tứ tẵnh v iằn hõa cừa graphene cụng ữủc xem xt [29, 30, 31] Ngoi ra, vêt liằu dỹa trản graphene chuyn ời nông lữủng mt trới, quang xúc tĂc, i»n cüc pin lithium, i»n tû l÷đng tû cơng nh÷ cĂc cÊm bián iằn hõa v sinh hồc  ữủc phƠn tẵch [32, 33, 34]
(18)Nôm 2015, mởt dÔng thũ hẳnh mợi cừa carbon ữủc dỹ o¡n bði Zhang v cëng sü, gåi l penta-graphene Penta-graphene (PG) thº hi»n sü ên ành cì håc v ëng hồc cÊ nhiằt Ôt 1000 K Thảm v o â, penta-graphene hai chi·u câ ë rëng vịng c§m trỹc tiáp khoÊng 3.25 eV, cao hỡn so vợi cĂc dÔng thũ hẳnh khĂc cừa carbon [39] Penta-graphene th hiằn nhiÃu tẵnh chĐt iằn, nhiằt v quang ởc Ăo [40, 41] Nghiản cựu và penta-graphene cụng cho thĐy hydro hõa cõ th lm tông dăn nhiằt cừa PG Viằc pha tÔp Si, Ge v Sn cõ th lm giÊm ë rëng vịng c§m cõa PG [42], PG ữủc pha tÔp kim loÔi chuyn tiáp cõ th lm tông hoc giÊm rởng vũng cĐm ỗng thới tông cữớng Ăng k sỹ hĐp phử hydro [43] Vợi t lằ bà mt v rởng vũng cĐm lợn, PG cõ lủi cho sỹ hĐp phử cừa cĂc phƠn tỷ khẵ [44] Do nhỳng c tẵnh vêt lỵ v hõa hồc vữủt trởi, thới gian gƯn Ơy PG  ữủc nghiản cựu thổng qua cĂc tẵnh toĂn lỵ thuyát v cho thĐy chúng cõ tiÃm nông to lợn Ăp dưng l¾nh vüc i»n tû nano, cì håc nano v chĐt xúc tĂc [45, 46]
Tứ penta-graphene, ngữới ta cõ th tÔo thnh bốn loÔi penta-graphene nanoribbon (PGNR) vợi dÔng biản khĂc KhÊo sĂt c tẵnh iằn tỷ cừa bốn loÔi PGNR cho thĐy, cĂc cĐu trúc th hiằn c tẵnh bĂn dăn hoc kim loÔi Mởt số cổng trẳnh  thỹc hiằn têp trung nghiản cựu tẵnh chĐt iằn tỷ cừa cĂc cĐu trúc PGNR thuƯn, cĐu trúc PGNR ữủc tổi hõa biản bơng cĂc nguyản tỷ khĂc hoc nghiản cựu tứ tẵnh cừa cĂc dÔng PGNR
(19)Trong mổ hẳnh Drude, cĂc iằn tỷ khổng tữỡng tĂc vợi cĂc iằn tỷ khĂc hoc vợi mÔng tinh th, giÊ thiát ny phũ hủp vợi phƯn lợn kim loÔi Mổ hẳnh Drude cụng cho rơng cĂc iằn tỷ cõ th cõ vên tốc bĐt ký, õ cõ th cõ nông lữủng bĐt ký iÃu ny khổng phũ hủp vợi quan im lữủng tỷ nông lữủng cõ cĂc giĂ tr xĂc nh v giĂn oÔn Cụng theo mổ hẳnh ny, tĐt cÊ cĂc iằn tỷ cõ vêt dăn Ãu õng gõp vo sỹ dăn iằn thỹc tá ch cõ mởt sè i»n tû ð c¡c lỵp vä i»n tû tham gia vo sỹ dăn iằn Ngoi ra, theo mổ hẳnh trản, khẵ iằn tỷ tuƠn theo phƠn bố thống kả Maxwell Boltzmann tữỡng ựng nhữ khẵ lỵ tững, õ vợi mổ hẳnh thỹc iằn tỷ cõ tữỡng tĂc v tu¥n theo ph¥n bè Fermi Dirac
Trong mỉ hẳnh Drude, cĂc iằn tỷ trổi dồc theo ữớng sực vợi vên tốc trổi hỳu hÔn v iằn tỷ b tờn hao xung lữủng va chÔm vợi tÔp chĐt, sai họng mÔng, dao ởng mÔng, KhoÊng cĂch v thới gian trung bẳnh giỳa cĂc lƯn va chÔm ữủc gồi l quÂng ữớng tỹ trung bẳnh v thíi gian tü trung b¼nh cõa c¡c i»n tỷ dăn hay hằ số t lằ chẵnh ữủc x¡c ành bði cæng thùc:
σ = ne
2τ m
vỵi n l sè i»n tû mët ìn thº t½ch, e l i»n t½ch cõa electron, l
thới gian hỗi phửc v m l khối lữủng electron
Theo mổ hẳnh Drude, nhiằt tông, cĂc nguyản tỷ vêt dăn chuyn ởng mÔnh hỡn, lm giÊm, kát quÊ l theo cổng thực trản dăn giÊm
v iằn tr tông Viằc tông dỏng qua vêt dăn cụng lm tông số va chÔm vêt dăn, õ nhiằt vêt dăn tông Vợi mổ hẳnh ny, ữớng c trững dỏng iằn Ăp khổng tuyán tẵnh im hÔn chá cừa mổ hẳnh Drude l khổng giÊi thẵch ữủc iằn tr Hall cừa kim loÔi phử thuởc vo tứ trữớng
(20)Trong mổ hẳnh iằn tỷ gƯn tỹ do, cĂc iằn tỷ dăn mởt trữớng thá tuƯn hon Hm sõng cừa iằn tỷ mÔng tinh th cõ dÔng tuƯn hon v l chỗng chêp tuyán tẵnh cừa cĂc sõng phng Vêy, mởt tinh th lỵ tững vợi trữớng thá tuƯn hon lỵ tững s khổng g¥y c£n trð dáng i»n hay khỉng câ i»n trð Ngữủc lÔi, mởt tinh th b nhiạu loÔn tẵnh tuƯn hon gƠy tĂn xÔ iằn tỷ dăn s gƠy i»n trð Cö thº, c¡c sai häng tinh thº nhữ khuyát, trống iằn tỷ, sỹ cõ mt cừa cĂc nguyản tỷ tÔp, hay cĂc dao ởng mÔng tinh th lm nguyản tỷ xả dch khọi v trẵ cƠn bơng v phĂ vù tẵnh tuƯn hon l hai nhỳng nguỗn in hẳnh gƠy tĂn xÔ cho iằn tỷ dăn Trong mổ hẳnh iằn tỷ gƯn tỹ do, ng÷íi ta sû dưng kh¡i ni»m khèi l÷đng hi»u dửng l khối lữủng cừa iằn tỷ xuĐt hiằn cõ tĂc dửng cừa trữớng ngoi Sỹ vên chuyn iằn tû chàu £nh h÷ðng cõa khèi l÷đng hi»u dưng v trữớng ngoi Náu linh ởng cng cao, iằn tỷ dăn liản kát vợi trữớng tinh th cng yáu, iằn tû chuyºn ëng c ng nhanh ¥y l cì sð º tÔo cĂc linh kiằn hay mÔch iằn tỷ tốc cao v rĐt cao: chuyn trÔng thĂi nhanh v siảu nhanh
nƠng cao tốc xỷ lỵ cừa linh kiằn, ta cƯn tông linh ởng cừa hÔt tÊi v giÊm khoÊng cĂch truyÃn dỏng iằn Do iằn tỷ di chuyn quanh cĂc mÔch iằn vợi vên tèc trỉi kho£ng 105 m/s, vỵi thíi gian truy·n i»n tû 0.1 ns
khi dàch chuyºn giúa hai transistor gƯn nhĐt khoÊng àm, dỏng s b hÔn
chá xỷ lỵ vợi tốc khoÊng 10 GHz
QuÂng ữớng hiằu dửng cừa dỏng iằn mởt transistor ữủc c trững bơng chiÃu di kảnh L phẵa dữợi cỹc cờng, thổng thữớng giĂ tr ny
kho£ng 180 nm So vỵi c¡c thỉng sè °c trững cừa iằn tỷ: quÂng ữớng tỹ trung bẳnh (l), ë d i k¸t hđp pha (lco), câ thº mổ tÊ dỏng nhữ l sỹ khuyách