NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT DẪN ĐIỆNCỦA HỆ BÁN DẪN THẤP CHIỀU

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆPNGHIÊN 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... Khi nghiên cứu hệ bán dẫn cấu trúc

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

y x

Mật độ trạng thái

  

, ,

Khi ε < εi,j (2.6)

Chú ý rằng mật độ trạng thái phân kì là (ε – εi,j)-1/2 tại mỗingưỡng vùng con Chúng được gọi là điểm kì dị Van Hove vàảnh hưởng đến tích chất điện và quang học của hệ 1D

Các đỉnh được quan sát khiánh sáng phát xạ và hấp thụ đồng thờiphù hợp với năng lượng giữa điểm kì

dị Van Hove thứ nhất và thứ haitương 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 điệngiới 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 chuyểnbên phải mang mật độ Δn là

Sự lượng tử hóa của độ dẫnđiện được minh họa một cách đáng

kể trong qua các dữ liệu trong hình2.5

Nếu kênh được dẫn không hoàn toàn, độ dẫn nói chung

các kênh (hình 2.4):

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:

, ,

Xét hai rào cản trong chuỗi cách nhau một khoảng L, vớibiên độ truyền và phản xạ t1, r1 và t2, r2 như biểu diễn trong hình

Với một sóng tới từ bên trái có biên độ là 1, biên độ được

xác định trong hình 2.6 được cho bởi

1 1 ;

b  e  c  at2e i / 2; (2.15)Xác suất truyền qua cặp rào cản là như sau

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 gồmmột loạt các tán xạ đàn hồi đặc trưng bởi một tán xạ ngược đàn hồichiều dài

2.1.1 Hệ không chiều

a Cấu trúc điện tử

Một ví dụ đơn giản, xét một electron trong một giếng thếhình cầu Do sự đối xứng cầu, các Hamilton chia tách thành cácphần góc cạnh và xuyên tâm cho trạng thái riêng và năng lượngriêng:

n l m n l

    r, ,   Y l m,  , R n l,  r , (2.37)Các mức năng lượng và hàm sóng hài phụ thuộc vào các chitiết của thế giam giữ riêng biệt Đối với một giếng vô hạn hìnhcầu, ở đó V = 0 với r < R

Các trạng thái tích điện rời rạc

Trong gần đúng thomas-Fermi, điện thế cho thêmđiện tử thứ (N +1) để một chấm có chứa N điện tử được chobởi:

Điện áp cổng phụ ΔVg cần thiết để thêm một điện tửnhiều hơn từ một hồ chứa cố định là, từ (2.47),

Một ứng dụng cơ bản của định luật Gauss đưa racho các điện dung và do đó năng lượng tích điện:

Điện tích cư trú trên các chấm ở một thời điểm δt =

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

e d U

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

1/ 2

0 0

1 ( ) exp ( ) / ( ) 2

K

T  U   U U (2.55)

Cooper trong chấm siêu dẫn

3.1 Một số phương pháp chế bán dẫn thấp chiều

3.1.1 Phương pháp từ trên xuống

CHƯƠNG 3: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO BÁN DẪN THẤP CHIỀU VÀ ỨNG DỤNG

Kỹ thuật in thạch bản có thể được chia thành hai nhóm

3.1.2 Phương pháp từ dưới lên

Dưới lên phương pháp có thể được chia thành phươngpháp pha khí và chất pha lỏng Trong cả hai trường hợp, cácvật liệu nano được chế tạo thông qua một con đường chế tạođiều khiển bắt đầu từ các nguyên tử hoặc phân tử:

 Phương pháp pha khí: chúng bao gồm phóng điện hồquang plasma và tụ hơi hóa học

 Pha lỏng: phương pháp có uy tín nhất là tổng hợp gel; phân tử tự lắp ráp đang nổi lên như một phương phápmới

sol-Công nghệ nano DNA