Nghiên cứu một số cơ chế tán xạ ảnh hưởng đến thời gian sống vận chuyển và thời gian sống lượng tử trong các hệ hai chiều

Thíi gian sŁng v“n chuy”n v thíi gian sŁng l÷æng tß Thíi gian sŁng v“n chuy”n v l÷æng tß l hai ⁄i l÷æng quan trång Łi mºt h» l÷æng tß.. Thíi gian sŁng v“nchuy”n ÷æc rót ra khi o º linh º

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

Hà Nội – Năm 2010

TH˝I GIAN H˙I PHÖC CÕA H T T I

2.1.4 C¡c cì ch‚ t¡n x⁄ cì b£n trong gi‚ng l÷æng tß pha

2.1.5 nh h÷ðng cıa hi»u øng uŁn cong vòng l¶n º linh

t£i trong mæ h…nh pha t⁄p mºt ph‰a

TÛ PHA T P ¨I XÙNG HAI PH A 96

3.1 Mæ h…nh gi‚ng l÷æng tß pha t⁄p Łi xøng hai ph‰a 97

3.1.1 H m sâng bi‚n ph¥n v Th‚ Hartree cho tr÷íng

hæp pha t⁄p Łi xøng 99

4

3.1.2

chån låc hai ph‰a l¶n t‰nh ch§t i»n trong gi‚ng l÷æng tß3.2.1

ành v mºt c¡ch ºc l“p

quan d÷îi £nh h÷ðng cıa c¡c cì ch‚ t¡n x⁄

KTLUN

5

DANH MÖC C C C˘NG TR NH KHOA H¯C

T ILI UTHAMKH O

PHÖ LÖC

6

Danh möc c¡c kþ hi»u v chœ vi‚t t›t

:= Thíi gian hçi phöc cıa h⁄t t£i:

t := Thíi gian sŁng v“n chuy”n:

m := KhŁi l÷æng hi»u döng cıa h⁄t t£i:

Q := H» sŁ n¥ng cao º linh ºng cıa h⁄t t£i::= H m sâng bao:

H…nh 3.4

H…nh 3.5

8

M— U

1 Lþ do chån • t i

N«m 1957 Schrieffer [75] ¢ ÷a ra nh“n ành r‹ng: c¡c i»n tß bà giam h

¢m trong mºt gi‚ng th‚ hµp ð lîp £o cıa mºt ch§t b¡n d¤n s‡ câ øng xßkhæng giŁng nh÷ kh‰ cŒ i”n ” ìn gi£n x†t h» i»n tß trong gi‚ngth‚ vuæng gâc s¥u væ h⁄n câ hai th nh gi‚ng vuæng gâc vîi tröc z Vîigi‚ng ı hµp, chuy”n ºng theo ph÷ìng z bà l÷æng tß hâa Chuy”n ºngcıa h» i»n tß trð th nh: chuy”n ºng tü do trong m°t phflng (x; y) v bàl÷æng tß hâa theo ph÷ìng z, câ th” nâi chuy”n ºng bà âng b«ng theoph÷ìng n y Chóng ta câ h» chu'n 2 chi•u (Quasi-two dimensionalsystem) H» thøc t¡n s›c câ d⁄ng

câ c§u tróc nano v th§p chi•u c¡c quy lu“t l÷æng tß b›t

ƒu câ hi»u lüc, tr÷îc h‚t thæng qua bi‚n Œi °c tr÷ng phŒ n«ng l÷æng.Cæng tr…nh thüc nghi»m ti¶n phong cıa Esaki v Tsu (1970) v• gi‚ngl÷æng tß ¢ khði ƒu cho mºt h÷îng mîi cıa v“t lþ nghi¶n cøu c¡c t‰nhch§t cıa c¡c h» i»n tß hai chi•u C¡c nghi¶n cøu n y âng vai trÆ quantrång trong vi»c h…nh th nh v ph¡t tri”n cıa v“t lþ v cæng ngh» c¡c c§utróc nano Thíi gian gƒn ¥y vi»c t…m ki‚m v nghi¶n cøu c¡c v“t li»ucho c¡c linh ki»n i»n tß ng y mºt nhä hìn v• k‰ch th÷îc, ti¶u hao ‰t

n«ng l÷æng v câ tŁc º chuy”n m⁄ch nhanh ng y c ng trð th nh

10

v§n • c§p b¡ch Trong â, vi»c n¥ng cao º linh ºng cıa c¡c h⁄t t£i trong v“t li»u ang trð th nh möc ti¶u h ng ƒu v l mºt th¡ch thøc Łi vîi c¡c nh v“t lþ b¡n d¤n lþ thuy‚t công nh÷ thüc nghi»m Tł cæng thøc quen thuºc x¡c ành º d¤n ri¶ng [20].

= en ;

trong â l º d¤n i»n ri¶ng, e l i»n t‰ch cıa i»n tß, n l m“t º i»n tß, l ºlinh ºng cıa i»n tß, ta th§y ” n¥ng cao º d¤n ngo i vi»c n¥ng cao m“t ºi»n tß cƒn ph£i t«ng ÷æc º linh ºng cıa nâ Nh÷ ¢ bi‚t, º linh ºng ÷æcx¡c ành b‹ng

e

= m

vîi m l khŁi l÷æng hi»u döng, l thíi gian sŁng v“n chuy”n cıa i»n tß.Cæng thøc tr¶n cho th§y, mºt trong c¡c bi»n ph¡p n¥ng cao º linh ºng

l t…m c¡ch k†o d i thíi gian sŁng Trong nhi•u b i to¡n cıa hi»n t÷ængv“n chuy”n, v§n • trung t¥m chuy”n sang c¡c b i to¡n nghi¶n cøu thíigian sŁng v k‚t lu“n v• hai ⁄i l÷æng tr¶n trong nhi•u tr÷íng hæp l çngnh§t

Thíi gian sŁng v“n chuy”n v thíi gian sŁng l÷æng tß

Thíi gian sŁng v“n chuy”n v l÷æng tß l hai ⁄i l÷æng quan trång

Łi mºt h» l÷æng tß Trong nghi¶n cøu t‰nh ch§t v“n chuy”n cıa c¡ch» th§p chi•u ng÷íi ta nh“n th§y r‹ng câ sü kh¡c bi»t rª r»t giœa haithíi gian °c tr÷ng nâi tr¶n Thíi gian sŁng v“n chuy”n t l thíi gianchuy”n ºng tü do trung b…nh cıa h⁄t t£i chuy”n ºng theo ph÷ìng ri¶ngbi»t (v‰ dö cıa tr÷íng ngo i) khi tçn t⁄i c¡c t¡n x⁄ Thíi gian sŁng v“nchuy”n ÷æc rót ra khi o º linh ºng Hall vîi tł tr÷íng y‚u Thíi gian sŁngkh¡c l thíi gian sŁng l÷æng tß q l thíi gian trung b…nh m h⁄t tçn t⁄i tr¶nmºt tr⁄ng th¡i l÷æng tß khi tçn t⁄i c¡c t¡n x⁄ Thíi gian

11

sŁng l÷æng tß ÷æc x¡c ành tł h m bao cıa dao ºng Shubnikov-deHaas.

Thíi gian sŁng v“n chuy”n v thíi gian l÷æng tß l hai tham sŁquan trång th÷íng ÷æc sß döng ” °c cho hi»u su§t cıa c¡c c§u trócb¡n d¤n câ º linh ºng cao ” n¥ng cao hi»u su§t cıa c¡c linh ki»n i»n

tß cƒn ph£i nghi¶n cøu v x¡c ành ÷æc c¡c cì ch‚ t¡n x⁄ g¥y b§t læicho º linh ºng Ng÷íi ta ch¿ ra r‹ng [14], mºt trong c¡c c¡ch hi»u qu£nh§t ” x¡c ành c¡c cì ch‚ t¡n x⁄ chı ⁄o l nghi¶n cøu thíi gian sŁng v“nchuy”n v l÷æng tß công nh÷ l t¿ sŁ cıa chóng (Dingle ratio) Thíigian sŁng l÷æng tß cÆn li¶n quan ‚n sü mð rºng cıa c¡c møcLandau cıa c¡c i»n tß trong tł tr÷íng ngo i, v vîi n«ng l÷æng ri¶ng cıah⁄t Vi»c l÷u trœ v truy•n c¡c thæng tin b‹ng c¡c hi»n t÷æng l÷æng tß

l l¾nh vüc nghi¶n cøu nâng bäng cıa c¡c nh khoa håc tr¶n to nth‚ giîi ” l m i•u â ng÷íi ta ph£i t…m c¡ch k†o d i thíi gian sŁng l÷æng

tß cıa i»n tß Gƒn ¥y c¡c nh v“t lþ Anh, Mÿ ¢ sß döng tł tr÷íng cücm⁄nh v n¥ng thíi gian sŁng l÷æng tß cıa i»n tß l¶n hìn 50 lƒn, i•u n ygióp cho vi»c x¥y düng m¡y t‰nh l÷æng tß ti‚n gƒn hìn ‚n hi»n thüc

Câ th” nâi r‹ng thíi gian sŁng (v“n chuy”n v l÷æng tß)

l ⁄i l÷æng vła mang ‚n cho chóng ta nhœng thæng tin quan trångv• h» l÷æng tß vła l ⁄i l÷æng câ t‰nh quy‚t ành cho vi»c øng döngc¡c h» â trong c¡c thi‚t bà l÷æng tß Vîi nhœng þ ngh¾a â t¡c gi£chån c¡c thíi gian sŁng cıa h» h⁄t t£i trong c¡c gi‚ng l÷æng tß b¡n d¤n

l m Łi t÷æng nghi¶n cøu ” ho n th nh lu“n ¡n cıa m…nh vîi c¡c v§n •ch‰nh s‡ ÷æc nghi¶n cøu v gi£i quy‚t s‡ ÷æc k” ‚n d÷îi ¥y

2 Möc ti¶u, nºi dung v ph⁄m vi nghi¶n cøu cıa lu“n ¡n

Möc ‰ch cì b£n cıa lu“n ¡n l nghi¶n cøu £nh h÷ðng cıa cì

ch‚ giam h¢m câ t‰nh ‚n hi»u øng uŁn cong vòng n«ng l÷æng l¶n thíi gian

12

sŁng công nh÷ c¡c t‰nh ch§t v“t lþ cıa c¡c h» h⁄t t£i hai chi•u tronggi‚ng l÷æng tß vuæng gâc C¡c nºi dung cì b£n s‡ ÷æc t“p trungnghi¶n cøu v gi£i quy‚t trong lu“n ¡n bao gçm:

1. Lu“n ¡n nghi¶n cøu £nh h÷ðng cıa c¡c cì ch‚ t¡n x⁄ công nh÷ cıa c¡chi»u øng ch›n l¶n thíi gian sŁng v“n chuy”n v thíi gian sŁng l÷æng

tß Trong mºt thíi gian d i t¿ sŁ Dingle D = t= q ÷æc sß döng nh÷mºt ti¶u ch‰ x¡c ành cì ch‚ t¡n x⁄ n o âng vai trÆ ch‰nh trong thíigian sŁng v“n chuy”n (v º linh ºng ) cıa h⁄t t£i C¡c nghi¶n cøu thücnghi»m v lþ thuy‚t [42], [61] gƒn ¥y ¢ ch¿ ra sü khæng ch‰nh x¡ccıa k‚t lu“n tr¶n

2. nh h÷ðng cıa cì ch‚ giam h¢m khi t‰nh ‚n hi»n t÷æng uŁn congvòng n«ng l÷æng l¶n thíi gian sŁng v“n chuy”n v thíi gian sŁngl÷æng tß X¡c ành c¡c cì ch‚ t¡n x⁄ cì b£n £nh h÷ðng l¶n c¡c thíigian sŁng cıa h⁄t t£i trong gi‚ng th‚ vuæng gâc ð nhi»t º th§p

3. Kh£ n«ng n¥ng cao º linh ºng cıa c¡c h⁄t t£i trong linh ki»n b¡n d¤nb‹ng c¡ch t¡c ºng l¶n th‚ giam h¢m v hi»u øng uŁn cong vòngn«ng l÷æng [71]

4. Nghi¶n cøu t¿ sŁ cıa c¡c thíi gian sŁng cıa h⁄t t£i trong gi‚ngth‚ vuæng gâc ð nhi»t º th§p, ð â t¡n x⁄ tr¶n º nh¡m b• m°t âng vaitrÆ quy‚t ành Tł t¿ sŁ cıa c¡c thíi gian sŁng, x¡c ành c¡c tham sŁ

°c tr÷ng cho ph'm ch§t cıa b• m°t v“t li»u â l c¡c tham sŁ v

Cho ‚n nay, ¢ câ r§t nhi•u c¡c • xu§t kh¡c nhau nh‹m n¥ng cao ºlinh ºng cıa h» i»n tß (lØ trŁng) bà giam h¢m trong gi‚ng l÷æng tß

÷æc ÷a ra Câ th” n¶u ra mºt sŁ ph÷ìng ph¡p nh‹m t⁄o ra c¡c thay Œinâi tr¶n trong c¡c h» Ng÷íi ta ch¿ ra r‹ng øng su§t do sai kh¡c h‹ng

13

sŁ m⁄ng trong gi‚ng l÷æng tß l m thay Œi c§u tróc i»n tß cıa gi‚ng,d¤n ‚n sü gi£m cıa khŁi l÷æng hi»u döng cıa h⁄t t£i trong gi‚ng [22].Trong mºt ph÷ìng ph¡p kh¡c nh‹m gi£m £nh h÷ðng cıa c¡c phonon,ng÷íi ta ¢ l m bi‚n d⁄ng c¡c h m bao b‹ng c¡ch ÷a v o trong gi‚ngnhœng lîp ch›n mäng [77] Nhœng h÷îng tr¶n ÷æc dü o¡n l câ th”n¥ng º linh ºng l¶n mºt ‰t lƒn Song ng÷íi ta công ch¿ ra r‹ng ch

‰nh c¡c bi»n ph¡p â l⁄i d¤n ‚n sü xu§t hi»n nhœng cì ch‚ t¡n x⁄ mîinh÷ t¡n x⁄ tr¶n th‚ m§t tr“t tü hæp kim hay tr¶n th‚ bi‚n d⁄ng Nhœng cìch‚ t¡n x⁄ mîi xu§t hi»n n y câ th” xâa i t§t c£ nhœng læi ‰ch m c¡cph÷ìng ph¡p â mang l⁄i [24]

C¡c nghi¶n cøu lþ thuy‚t v thüc nghi»m gƒn ¥y [58] ch¿ ra r‹ng

cì ch‚ giam h¢m g¥y bði pha t⁄p câ £nh h÷ðng r§t lîn l¶n º linh ºng cıac§u tróc dà t‰nh Vîi m¤u vòng n«ng l÷æng bà uŁn cong do pha t⁄p[58] ng÷íi ta ¢ gi£i th‰ch ÷æc mºt sŁ v§n • câ t‰nh ch§t th¡ch Ł cıah» h⁄t t£i hai chi•u nh÷ sü phö thuºc khæng ìn i»u cıa º linh

ºng v o º rºng gi‚ng v nguy¶n nh¥n cıa sü gi£m º linh ºng khi m¤u

÷æc pha t⁄p i•u bi‚n b§t Łi xøng Trong lu“n ¡n cıa m…nh, t¡c gi£

sß döng ph¡t tri”n mæ h…nh uŁn cong vòng n«ng l÷æng do pha t⁄p i•u bi‚n Łi xøng nh‹m t…m ra cì ch‚ câ th” n¥ng cao º linh ºng cıa c¡c h⁄t t£i trong gi‚ng l÷æng tß ” ⁄t möc ‰ch nâi tr¶n, ng÷íi ta cƒn x¡c ành ÷æc c¡c cì ch‚ t¡n x⁄ chı y‚u t¡c ºng l¶n t‰nh ch§t v“n chuy”n cıa h⁄t t£i v t…m c¡ch l m y‚u i c¡c £nh h÷ðng n y Vîi möc ‰ch â cƒn ph£i bi‚t ÷æc sü phö thuºc cıa º linh ºng v o c¡c i•u ki»n thüc nghi»m nh÷: nhi»t º, m“t º h⁄t t£i v º rºng cıa gi‚ng l÷æng tß R§t ti‚c l trong mºt thíi gian d i, m°c dò ÷æc r§t nhi•u t¡c gi£ nghi¶n cøu nh÷ng c¡c

sü phö thuºc k” tr¶n v¤n cÆn l nhœng v§n • th¡ch Ł Mºt trong

nhœng trð ng⁄i ch‰nh cıa c¡c lþ thuy‚t hi»n câ l vi»c sß döng h m Fang-Howard H m sâng ÷æc x¡c ành b‹ng ph÷ìng

14

ph¡p bi‚n ph¥n n y ¢ cho ta cæng cö to¡n håc ìn gi£n mæ t£ giam h

¢m l÷æng tß g¥y bði pha t⁄p, ¡p döng r§t tŁt cho c¡c tr÷íng hæp gi‚ngl÷æng tß tam gi¡c ÷æc t⁄o bði c¡c ti‚p xóc dà t‰nh Khi ¡p döng choc¡c gi‚ng l÷æng tß vuæng gâc, mæ h…nh Fang-Howard ch¿ câ th”

mæ t£ gƒn óng sü phö thuºc cıa º linh ºng v o nhi»t º, v o m“t º h⁄t t£ichø ho n to n khæng th” d¤n ra sü phö thuºc v o º rºng cıa gi‚ng Cho

‚n nay ng÷íi ta mîi x¥y düng ÷æc lþ thuy‚t v• £nh h÷ðng cıa pha t⁄pl¶n giam h¢m l÷æng tß cho gi‚ng tam gi¡c, Łi vîi c¡c gi‚ng l÷æng tßvuæng gâc v¤n ch÷a câ lþ thuy‚t thäa ¡ng

Nh÷ ¢ bi‚t, ð nhi»t º th§p, º nh¡m b• m°t v th‚ bi‚n d⁄ng

l nhœng cì ch‚ t¡n x⁄ chı ⁄o trong ti‚p xóc dà t‰nh, °c bi»t l trong c¡cgi‚ng l÷æng tß hµp Nhœng k‚t qu£ gƒn ¥y [52], [58] cho th§y r‹ngpha t⁄p b§t Łi xøng (pha t⁄p mºt ph‰a) c¡c gi‚ng l÷æng tß vuæng gâcd¤n ‚n sü bi‚n Œi b§t Łi xøng h m bao Ph¥n bŁ c¡c h⁄t t£i công trðn¶n b§t Łi xøng v bà dçn v• ph‰a pha t⁄p i•u n y l m m⁄nh th¶m c¡ct¡n x⁄ cıa h⁄t t£i tr¶n º nh¡m b• m°t v th‚ bi‚n d⁄ng, d¤n tîi

º linh ºng cıa h⁄t t£i gi£m i ¡ng k” Bði v“y chóng tæi • xu§t kh£ n«ng

l m t«ng º linh ºng thæng qua vi»c gi£m bît sü b§t Łi xøng cıa h mbao nhí £nh h÷ðng cıa hi»u øng uŁn cong vòng n«ng l÷æng g¥y bðipha t⁄p Łi xøng ho°c tr÷íng ngo i

3 Ph÷ìng ph¡p nghi¶n cøu

Trong nghi¶n cøu lþ thuy‚t hi»n ⁄i, sü xu§t hi»n cıa c¡c ph÷ìngph¡p công nh÷ cæng cö t‰nh to¡n hi»n ⁄i cho ph†p nghi¶n cøu ànhl÷æng c¡c mæ h…nh gƒn vîi thüc t‚ hìn song khæng v… th‚ m c¡cph÷ìng ph¡p cıa v“t lþ lþ thuy‚t m§t i vai trÆ ¢ câ Trong lu“n ¡nchóng tæi k‚t hæp giœa ph÷ìng ph¡p gi£i t‰ch truy•n thŁng v ph÷ìngph¡p t‰nh sŁ

15

i) Ph÷ìng ph¡p gi£i t‰ch:

B‹ng c¡ch ph¡t tri”n c¡c cæng cö to¡n håc mîi th‰ch hæp ” mæ t£

£nh h÷ðng cıa pha t⁄p i•u bi‚n trong gi‚ng l÷æng tß vuæng gâc,chóng tæi t…m ÷æc nghi»m bi‚n ph¥n cıa h» ph÷ìng tr…nhSchrodinger-Poisson cho h⁄t t£i trong gi‚ng l÷æng tß vuæng gâc ¥y

l i•u m nhi•u t¡c gi£ tr÷îc â ph£i dłng l⁄i do sü qu¡ phøc t⁄p cıa qóa tr…

nh t‰nh to¡n Vîi c¡c h m bao (envelop functions) nh“n ÷æc b‹ngph÷ìng ph¡p bi‚n ph¥n chóng tæi câ th” d¤n ra bi”u thøc mæ t£ £nhh÷ðng cıa pha t⁄p l¶n ph¥n bŁ h⁄t t£i v º linh ºng cıa chóng tronggi‚ng l÷æng tß b¡n d¤n vuæng gâc d÷îi d⁄ng gi£i t‰ch

ii) Ph÷ìng ph¡p t‰nh sŁ

Ph÷ìng ph¡p t‰nh sŁ cho ph†p ki”m tra k‚t qu£ gi£i t‰ch, nghi¶ncøu ành l÷æng sü ph¡t tri”n cıa b i to¡n trong c¡c i•u ki»n kh¡cnhau M°t kh¡c, ph÷ìng ph¡p t‰nh sŁ c¡c mæ h…nh thüc (ho°cgƒn thüc) cho ta c¡c k‚t qu£ ” so s¡nh vîi thüc nghi»m Trong lu“n

¡n, vi»c so s¡nh vîi thüc nghi»m luæn ÷æc °t ra nh÷ mºt ti¶u ch‰

h ng ƒu ” £m b£o t‰nh óng ›n v gi¡ trà thüc cıa lþ thuy‚t thu ÷æc

4 Þ ngh¾a khoa håc v thüc ti„n cıa lu“n ¡n

Nghi¶n cøu v gi£i quy‚t v§n • ÷æc • c“p ‚n ð tr¶n, v• m°t khoahåc, chóng ta câ th” hi”u s¥u hìn b£n ch§t c¡c hi»n t÷æng ÷æc thücnghi»m ph¡t hi»n nh÷ng ‚n nay v¤n ch÷a câ gi£i th‰ch lþ thuy‚t V•m°t øng döng, c¡c k‚t qu£ nghi¶n cøu s‡ trüc ti‚p gâp phƒn gi£i quy‚t

b i to¡n c§p b¡ch: L m th‚ n o ” n¥ng º linh ºng cıa h⁄t t£i trong v“t li»u?

” n¥ng cao º linh ºng cıa h» h⁄t t£i hai chi•u trong c¡c gi‚ng l÷æng tßcƒn t¡c ºng l¶n c¡c y‚u tŁ quy‚t ành nâ nh÷: c§u tróc i»n tß, c¡c cìch‚ t¡n x⁄ v c¡c nguçn giam h¢m Nh÷ ¢ nâi ð tr¶n, nhœng nghi¶n cøu

lþ thuy‚t v thüc nghi»m gƒn ¥y cho th§y £nh

16

h÷ðng cıa pha t⁄p l¶n cì ch‚ giam h¢m câ £nh h÷ðng r§t lîn l¶n º linhºng cıa c§u tróc dà t‰nh Tł tr÷îc ‚n nay vîi gi£ thi‚t c§u tróc vòngphflng ng÷íi ta nh“n ÷æc k‚t qu£ l º linh ºng bà h⁄n ch‚ bði º nh¡m b•m°t phö thuºc º rºng gi‚ng L theo qui lu“t L6 [24], [37] Gƒn ¥y, thücnghi»m [6] cho th§y sü phö thuºc v o L khæng ìn i»u (câ cüc ⁄i) v lv§n • cho ‚n nay ch÷a câ lþ thuy‚t gi£i th‰ch thäa ¡ng [21] Vîi m¤uvòng n«ng l÷æng bà uŁn cong c¡c v§n • ÷æc • c“p

v gi£i quy‚t trong lu“n ¡n l mæ h…nh v“t lþ hi»n thüc ph£n ¡nh nhœngv§n • c§p b¡ch cƒn ÷æc gi£i quy‚t trong lþ thuy‚t c¡c h» b¡n d¤n th§pchi•u câ c§u tróc nano Ho n to n câ th” hy vång r‹ng lþ thuy‚t m chóngtæi ph¡t tri”n s‡ l gi£i th‰ch lþ thuy‚t cho mºt sŁ hi»n t÷æng

÷æc thüc nghi»m ph¡t hi»n ch÷a câ líi gi£i, v‰ dö nh÷: Pha t⁄p 2 ph

‰a mºt gi‚ng l÷æng tß s‡ l m t«ng º linh ºng cıa h⁄t t£i so vîi pha t⁄pmºt ph‰a cıa gi‚ng trong còng i•u ki»n [4] Gi£i quy‚t v§n • n y çngngh¾a vîi vi»c • xu§t mºt ph÷ìng ph¡p l m t«ng º linh ºng cıa v“t li»u

5 BŁ cöc cıa lu“n ¡n nh÷ sau

Lu“n ¡n gçm 4 ch÷ìng, 38 h…nh v‡, 1 b£ng v phƒn t i li»u thamkh£o Nºi dung lu“n ¡n ÷æc tr…nh b y th nh 4 ch÷ìng nh÷ sau:

Mð ƒu: N¶u l‰ do lüa chån • t i lu“n ¡n, möc ti¶u, ph÷ìng ph¡pnghi¶n cøu v þ ngh¾a khoa håc thüc ti„n cıa • t i

Ch÷ìng 1: Tr…nh b y tŒng quan v• c¡c cì ch‚ t¡n x⁄ cì b£n £nhh÷ðng ‚n thíi gian hçi phöc cıa h⁄t t£i, c¡c kh¡i ni»m cì b£n: thíi giansŁng v“n chuy”n v thíi gian sŁng l÷æng tß, lþ thuy‚t v“n chuy”n tuy‚n t

‰nh, hi»u øng ch›n

Ch÷ìng 2: Tr…nh b y c¡c k‚t qıa ch‰nh cıa lu“n ¡n vîi mæ h…nh

pha t⁄p mºt ph‰a: mæ h…nh vòng phflng, mæ h…nh gi‚ng l÷æng tß pha t⁄p

17

mºt ph‰a, hi»u øng uŁn cong vòng v h m sâng, th‚ Hartree trong

mæ h…nh pha t⁄p mºt ph‰a C¡c cì ch‚ t¡n x⁄ cì b£n trong mæ h…nhgi‚ng l÷æng tß pha t⁄p mºt ph‰a v £nh h÷ðng cıa hi»u øng uŁn congvòng l¶n º linh ºng cıa h⁄t t£i

Ch÷ìng 3: Tr…nh b y c¡c k‚t qıa ch‰nh cıa lu“n ¡n vîi mæ h…

nh pha t⁄p Łi xøng hai ph‰a: h m sâng, th‚ Hartree trong mæ h…nhpha t⁄p Łi xøng, ph¥n bŁ h⁄t t£i trong gi‚ng th‚ vuæng gâc pha t⁄p Łixøng, £nh h÷ðng cıa hi»u øng uŁn cong còng tł sü pha t⁄p chån låchai ph‰a l¶n t‰nh ch§t i»n trong gi‚ng l÷æng tß, ti‚p theo ÷a raph÷ìng ph¡p n¥ng cao º linh ºng cıa h⁄t t£i trong gi‚ng l÷æng tß b‹ngpha t⁄p Łi xøng

Ch÷ìng 4: Tr…nh b y c¡c k‚t qıa ch‰nh cıa lu“n ¡n vîi ph÷ìngph¡p x¡c ành ºc l“p c¡c tham sŁ nh¡m b• m°t v trong lþ thuy‚t v thücnghi»m: nhœng khâ kh«n cıa c¡c lþ thuy‚t câ tr÷îc v• vi»c x¡c ành vmºt c¡ch ºc l“p, º linh ºng cıa h⁄t t£i phö thuºc v o º d i t÷ìng quan d÷îi

£nh h÷ðng cıa c¡c cì ch‚ t¡n x⁄, ph÷ìng ph¡p x¡c ành v ri¶ng r‡ trong

lþ thuy‚t uŁn cong vòng

C¡c k‚t qu£ nghi¶n cøu ch‰nh cıa lu“n ¡n ÷æc tr…nh b y trong 9 b ib¡o v b¡o c¡o khoa håc

K‚t lu“n: ¡nh gi¡ c¡c k‚t qu£ ¢ ⁄t ÷æc v ÷a ra mºt sŁ h÷îng ph¡ttri”n câ th” ÷æc nghi¶n cøu ti‚p

18

Ch֓ng 1.

C CCÌCH T NX CÌB N NH H×—NG N TH˝I GIAN H˙I PHÖC CÕA H T T I

Thíi gian sŁng v“n chuy”n v l÷æng tß l c¡c tham sŁ v“n chuy”n quantrång ÷æc sß döng ” ¡nh gi¡ °c tr÷ng v“n chuy”n trong c¡c c§u trócb¡n d¤n v i»n mæi, l cì sð cıa c¡c linh ki»n vi i»n tß v quang i»n tß.Nhœng thüc nghi»m v• t‰nh ch§t v“n chuy”n cıa kh‰ i»n tß haichi•u ¢ cho th§y sü kh¡c bi»t rª r»t giœa hai lo⁄i thíi gian sŁng haycÆn gåi l thíi gian hçi phöc n y [14]

ành ngh¾a Thíi gian sŁng v“n chuy”n

Thíi gian sŁng v“n chuy”n t (hay thíi gian sŁng cŒ i”n, thíi gianhçi phöc ºng l÷æng, thíi gian t¡n x⁄ v“n chuy”n) ÷æc ành ngh¾a lkho£ng thíi gian trung b…nh giœa hai lƒn t¡n x⁄ li¶n ti‚p khi h⁄t t£i dichuy”n ành h÷îng d÷îi t¡c döng cıa i»n tr÷íng Thíi gian sŁng v“nchuy”n x¡c ành tł º linh ºng Hall [46]

19

ành ngh¾a Thíi gian sŁng l÷æng tß

Thíi gian sŁng l÷æng tß q (hay cÆn gåi l thíi gian sŁng ìn h⁄t),

÷æc ành ngh¾a l thíi gian tçn t⁄i mºt tr⁄ng th¡i xung l÷æng b•n cıa h⁄tt£i ( i»n tß, lØ trŁng) Thíi gian sŁng l÷æng tß li¶n quan ‚n sü mðrºng møc Landau trong tł tr÷íng [13] v nâ ÷æc rót ra tł hi»u øngShubnikov-de Haas [33], [51]

1.1.1 C¡c cæng thøc t‰nh thíi gian hçi phöc

a Thíi gian sŁng v“n chuy”n

Ta bi‚t r‹ng, thíi gian sŁng v“n chuy”n li¶n h» vîi º d¤n i»n v º linh ºngtheo mæ h…nh Drude câ d⁄ng:

T⁄i nhi»t º th§p gƒn nhi»t º 0 tuy»t Łi, c¡c tr⁄ng th¡i i»n tß d÷îi møcFermi bà l§p ƒy, ch¿ câ nhœng i»n tß n‹m l¥n c“n møc Fermi mîi thamgia v o qu¡ tr…nh t¡n x⁄ Łi vîi nhœng i»n tß â, ta câ th” coi xung l÷æng

câ gi¡ trà xung l÷æng Fermi, k = kF , v q ÷æc ành ngh¾a l xung l÷ængtruy•n bði t¡n x⁄ trong m°t flng n«ng Fermi, câ li¶n h»

20

÷æc x¡c ành bði.

q = 2kF sinNghàch £o thíi gian sŁng v“n chuy”n ÷æc t‰nh theo cæng thøc sau[39], [71]:

ð ¥y

Pch‰nh l x¡c su§t t¡n x⁄ trong mºt ìn và thíi gian giœa hai tr⁄ng th¡i

k v k0 vîi gâc t¡n x⁄ Thüc hi»n ph†p bi‚n Œi t‰ch ph¥n

t‰nh ‚n hi»u øng ch›n:

L§y trung b…nh theo tr÷íng ng¤u nhi¶n vîi "(q)

־c:

1

trong â, n«ng l÷æng Fermi

vector sâng Fermi

ð ¥y h:::i l trung b…nh theo tr÷íng ng¤u nhi¶n U(~q) mæ t£ bði c¡c

nguçn t¡n x⁄ W (~q) =^ jU(~q)j2 gåi l h m tü t÷æng quan trong

khæng gian vector sâng Łi vîi mØi cì ch‚ t¡n x⁄ trong m°t phflng (x; y)

Vîi thíi gian sŁng v“n chuy”n th… gâc t¡n x⁄ l quan trång Trong

â, 1 cos [18] l trång sŁ t‰ch ph¥n th” hi»n sü âng gâp cıa

21

t¡n x⁄ theo c¡c ph÷ìng t¡n x⁄ kh¡c nhau l khæng b…nh flng Cö th”:khi = 0 (t¡n x⁄ v• ph‰a tr÷îc) th… 1 cos ! 0 âng gâp khæng¡ngk” v o t¡n x⁄; khi ! (t¡n x⁄ v• ph‰a sau) th… th… 1 cos ! 1 âng gâp r§tlîn v o t¡n x⁄ Nh÷ v“y, h» sŁ 1 cos ch¿ rª t¡n x⁄ v• ph‰a sau âng vaitrÆ quan trång.

Tr÷íng hæp khæng câ nguçn t¡n x⁄: H» h⁄t t£i n‹m trong

khæng gian çng nh§t, câ th” tành ti‚n Łi xøng, çng thíi mæmen xung

th¡i dłng ho°c tr⁄ng th¡i b•n cıa h⁄t t£i) X¡c su§t ph¥n bŁ v gi¡ trà

trung b…nh cıa c¡c ⁄i l÷æng v“t lþ l mºt h‹ng sŁ Ta nâi tr⁄ng th¡i

E

~

Tr÷íng hæp câ nguçn t¡n x⁄: Trong tr÷íng hæp câ nguçn t¡nx⁄: T‰nh çng nh§t trong khæng gian bà ph¡ vï do c¡c nguçn t¡n x⁄ lnguçn khæng tr“t tü V… th‚ ph†p tành ti‚n trong khæng gian bà ph¡ vï,

22

t = q nh÷ l thíi gian sŁng cıa tr⁄ng th¡i ~

kE, ÷æc gåi l

sŁng l÷æng tß hay ch‰nh l

v“y, mºt mi•n n o â m

mi•n â câ tçn t⁄i cıa tr⁄ng th¡i cıa h⁄t

Tł cæng thøc chuy”n phŒ Fourier ta t…m ÷æc mŁi li¶n h» giœa

H…nh 1.1 MŁi li¶n h» giœa (E) v

thíi gian m h m sâng kh¡c 0 Khi câ th¶m sü hi»n di»n cıa tł tr÷íngngo i B theo ph÷ìng z, vuæng gâc vîi m°t phflng chøa kh‰ i»n tß haichi•u, n«ng l÷æng cıa h» s‡ t¡ch ra th nh c¡c møc Landau gi¡n o⁄n:

En = ~!c n +vîi

eB

23

l tƒn sŁ cyclotron.

Chóng ta ch¿ chó þ ‚n dao ºng Shubnikov-de Haas trong vòng

tł tr÷íng trung b…nh Lóc n y hi»u øng Hall l÷æng tß x£y ra y‚u v xx

câ dao ºng nh÷ng khæng tri»t ti¶u Trong cì ch‚ n y, tł tr÷íng g¥y ra

dao ºng y‚u cho m“t º tr⁄ng th¡i H» qu£ l m“t º tr⁄ng th¡i

ð møc Fermi công nh÷ °c t‰nh ch›n cıa kh‰ electron bà dao ºng

khi m“t º electron hay tł tr÷íng bà i•u ch¿nh i•u n y ph£n ¡nh sü dao

ºng cıa trð dåc Nâ công li¶n h» vîi lþ thuy‚t t¡n x⁄ v ÷æc th£o lu“n

trong [2] Trong vòng tł tr÷íng trung b…nh ta s‡ x¡c ành ÷æc thíi gian

sŁng l÷æng tß v khŁi l÷æng hi»u döng qua hi»u øng Shubnikov-de

Haas (SdH) Ando ¢ ÷a ra bi”u thøc gi£i t‰ch cho th nh phƒn i»n trð

su§t xx nh÷ l h m cıa tł tr÷íng B nh÷ sau:

xx (B) = xx (0) 1 4costrong â, (m ; T ) l sŁ h⁄ng Dingle câ d⁄ng:

(m ; T ) =

; (1.13)

(1.14)

Ta nh“n th§y khŁi l÷æng hi»u döng v thíi gian t¡n x⁄ l÷æng tß câth” suy ra tł vi»c ph¥n t‰ch sü thay Œi cıa dao ºng Shubnikov-deHaas theo nhi»t º Chån mºt nhi»t º n o â m hi»u øng Shubnikov-deHaas câ x£y ra cºng h÷ðng, ta s‡ x¡c ành ÷æc khŁi l÷æng hi»udöng Mºt khi bi‚t ÷æc khŁi l÷æng hi»u döng ta s‡ x¡c ành ÷æc thíigian sŁng l÷æng tß q

Thíi gian sŁng l÷æng tß q câ th” li¶n h» vîi dao ºng Shubnikov-deHaas qua ph÷ìng tr…nh cŒ i”n sau [21]:

2 0 = 2 sinh (x) xx

24

vîi " l n«ng l÷æng Fermi câ d⁄ng (1.8), q l thíi gian sŁng l÷æng tß.Bi”u thøc (1.15) cho th§y q ÷æc x¡c ành qua dao ºng Shubnikov-deHaas v q câ m°t do t¡n x⁄ Tł cæng thøc t‰nh x¡c su§t t¡n x⁄ trong mºt

ìn và thíi gian giœa hai tr⁄ng th¡i k v k0 vîi gâc t¡n x⁄ ta thu ÷æc cængthøc sau:

Trong thíi gian sŁng l÷æng tß t§t c£ c¡c qu¡ tr…nh t¡n x⁄ v• ph‰a tr÷îc

v sau l b…nh flng nh÷ nhau

c Quy t›c Matthiessen.

H⁄t t£i hai chi•u chàu t¡c ºng cıa nhi•u nguçn t¡n x⁄ nh÷: t⁄p ch§t bàion hâa (Ionized impurities - II), khæng tr“t tü hæp kim b¡n d¤n (Alloydisorder - AD), th‚ bi‚n d⁄ng khîp sai (DP), º nh¡m b• m°t (SR), t¡n x⁄phonon ¥m (AD) khi â th‚ t¡n x⁄ tŒng cºng câ d⁄ng:

U(~q) = U tot (~q) = U II (~q) + U AD (~q) + U DP (~q) + U SR (~q) + U AP (~q)::::

(1.18)Gi£ sß r‹ng, c¡c cì ch‚ t¡n x⁄ l ºc l“p nhau, h m tü t÷ìng quan tŒngcºng câ d⁄ng:

25

Vîi c¡c nguçn t¡n x⁄ l ºc l“p thŁng k¶ vîi nhau, c¡c th‚ t¡n x⁄ ng¤u nhi¶n,

n¶n trung b…nh theo th«ng gi¡ng l b‹ng khæng

hjUII (~q)ji = hjUAD(~q)ji = hjUDP (~q)ji = hjUSR(~q)ji = 0;

M°t kh¡c do c¡c nguçn t¡n x⁄ l ºc l“p thŁng k¶ vîi nhau n¶n:

hjUII (~q)UAD(~q)ji = hjUII (~q)ji hjUAD(~q)ji = 0;

(1.21)hjUII (~q)UDP (~q)ji = hjUII (~q)ji hjUDP (~q)ji = 0;

Tł ¥y ta câ:

jUtot(~q)j2 = jUII (~q)j2 + jUAD(~q)j2 + jUDP (~q)j2 + USR(~q) 2 +:::

(1.22)N‚u c¡c nguçn t¡n x⁄ l ºc l“p thŁng k¶ th… thíi gian hçi phöc tŒng

Nh÷ v“y, ” x¡c ành ÷æc thíi gian hçi phöc (ho°c º linh ºng) cıa h» h⁄t

t£i øng vîi mØi cì ch‚ t¡n x⁄, ta ph£i x¡c ành ÷æc h m tü t÷ìng quan

t÷ìng øng vîi mØi th‚ t¡n x⁄

1.1.2 Lþ thuy‚t v“n chuy”n tuy‚n t‰nh

B‹ng c¡c cæng ngh» kh¡c nhau (nh÷ epitaxy chòm ph¥n tß - MBE,

epitaxy läng LPE v.v ) ng÷íi ta câ th” t⁄o ra c¡c lîp ti‚p xóc dà ch§t

26

cıa hai ch§t b¡n d¤n vîi º rºng vòng c§m kh¡c nhau N‚u gh†p mºt lîpch§t b¡n d¤n n y giœa hai lîp cıa ch§t b¡n d¤n thø hai th… sü kh¡cbi»t giœa và tr‰ c¡c ¡y vòng d¤n trong thang phŒ n«ng l÷æng cıahai ch§t b¡n d¤n t⁄o n¶n gi‚ng th‚ n«ng ho°c r o th‚ Łi vîi i»n tß d¤n.Trong lu“n ¡n n y, chóng tæi quan t¥m tîi c¡c gi‚ng l÷æng tß ÷æc t⁄o

ra bði c¡c c°p ch§t b¡n d¤n Bøc tranh v“t lþ t÷ìng tü công câ th” x£y

ra Łi vîi c¡c lØ trŁng t⁄i c¡c ¿nh vòng hâa trà cıa hai ch§t b¡n d¤n kh¡cnhau còng tham gia v o th nh phƒn cıa c§u tróc c¡c ti‚p xóc b¡n d¤n

dà ch§t C¡c h⁄t t£i i»n n‹m trong gi‚ng th‚ l÷æng tß cıa lîp ch§t b¡nd¤n n y ð tr⁄ng th¡i b…nh th÷íng khæng th” i xuy¶n qua ÷æc lîp r oth‚ ÷æc t⁄o bði ch§t b¡n d¤n cÆn l⁄i ” lan truy•n ti‚p V… v“y, trong c¡cc§u tróc n y c¡c h⁄t t£i i»n bà ành xø m⁄nh, chóng c¡ch ly l¤n nhautrong c¡c gi‚ng l÷æng tß hai chi•u

Khi k‰ch th÷îc cıa c¡c c§u tróc b¡n d¤n tr¶n gi£m xuŁng, t⁄i l¥nc“n c¡c m†p vòng t÷ìng øng (v‰ dö ¡y vòng d¤n) câ th” x£y ra hi»nt÷æng giîi h⁄n khæng gian Łi vîi c¡c h⁄t t£i i»n ÷æc x†t N«ng l÷ængcıa h⁄t t£i i»n theo ph÷ìng z s‡ bà l÷æng tß hâa v ÷æc °c tr÷ng bðimºt sŁ l÷æng tß n n o â Trong khi â chuy”n ºng cıa h⁄t t£i

trong m°t phflng (x; y) l

phflng n y câ d⁄ng parabol thæng th÷íng

” nghi¶n cøu hi»n t÷æng v“n chuy”n cıa h⁄t t£i trong gi‚ng l÷æng

tß ng÷íi ta ti‚n h nh gi£i ph÷ìng tr…nh Schrodinger

tr…nh (1.26), ta cƒn t…m ra V (z) b‹ng c¡ch l§y tŒng c¡c nguçn

th‚ âng gâp tr¶n tröc z:

V (z) = Vb(z) + VH (z) + Vxc(z);

trong â, th‚ giam cƒm Vb(z) xu§t hi»n do ch¶nh l»ch v• ¿nh vòng hâa

trà giœa gi‚ng v r o, th÷íng kþ hi»u l V0, VH (z) l th‚ Hartree ÷æc t⁄o

bði khŁi t⁄p bà ion hâa v h⁄t t£i t‰ch i»n, Vxc(z) l th‚ giam cƒm do

t÷ìng t¡c trao Œi Thüc hi»n t¡ch bi‚n ta ÷æc:

8

< (r; z) = (r) (z)

(1.28): E 3D = E 2D + E 1D ;

trong â, E2D l n«ng l÷æng chuy”n ºng cıa h⁄t t£i i»n trong m°t phflng

(x; y), E1D l n«ng l÷æng cıa h⁄t t£i i»n theo ph÷ìng z B“c tü do cıa h⁄t

t£i theo ph÷ìng z bà âng b«ng v… i»n tr÷íng theo ph÷ìng z khæng

t¡c döng l¶n chuy”n ºng cıa h⁄t t£i i»n, nh÷ng h⁄t t£i v¤n câ k‰ch

th÷îc qu£ng t‰nh theo ph÷ìng â, ÷æc coi l bâ sâng Trong m°t

phflng (x; y) h⁄t t£i l tü do ho n to n Vîi c¡ch ti‚p c“n tr¶n, vi»c gi£i b i

to¡n ba chi•u ÷æc quy v• vi»c gi£i c¡c b i to¡n hai chi•u trong m°t

phflng (x; y) v b i to¡n mºt chi•u theo ph÷ìng z Cö th” ta thu ÷æc h m

sâng bao (envelop function) v n«ng l÷æng cho h⁄t t£i i»n nh÷ sau:

28

vîi A l di»n t‰ch cıa ti‚t di»n ngang m h» chi‚m, çng thíi âng vai trÆthła sŁ chu'n hâa.

Tuy nhi¶n, hai b i to¡n n y khæng ho n to n ºc l“p m câ mŁiquan h» m“t thi‚t vîi nhau M°c dò h⁄t t£i bà ành xø theo ph÷ìng znh÷ng l⁄i l bâ sâng câ k‰ch th÷îc theo ph÷ìng n y, n¶n ch‰nh h nh

xß cıa h⁄t t£i theo ph÷ìng z £nh h÷ðng r§t lîn ‚n chuy”n ºng bà t¡n x⁄cıa h⁄t t£i trong m°t phflng (x; y) Nh÷ v“y, chóng ta ph£i çng thíi gi£iquy‚t hai b i to¡n: t…m th‚ giam cƒm theo ph÷ìng z (b i to¡n mºt chi•u)

v x¡c ành c¡c cì ch‚ t¡n x⁄ trong m°t phflng (x; y) (b i to¡n hai chi•u)

X†t h» h⁄t t£i hai chi•u d¤n i»n d÷îi t¡c döng cıa i»n tr÷íng songsong vîi m°t phflng (x; y) H⁄t t£i khæng ch¿ chàu £nh h÷ðng cıath‚ giam cƒm V (z) m cÆn chàu £nh h÷ðng r§t lîn cıa c¡c nguçnkhæng tr“t tü C¡c nguçn khæng tr“t tü t÷ìng øng vîi c¡c tr÷íng th‚ t¡nx⁄ ÷æc mæ t£ b‹ng tr÷íng ng¤u nhi¶n U = U(~r; t) t¡c ºng l¶n º linhºng cıa h⁄t t£i H m t¡n x⁄ U = U(~r; t) cho ta nhi•u gi¡ trà (c§u h…nh)kh¡c nhau t⁄i còng mºt i”m v ÷æc x¡c ành b‹ng trà trung b…nh theoph¥n bŁ x¡c su§t cıa c¡c gi¡ trà, gi¡ trà trung b…nh n y công ch‰nh lk‚t qu£ o ÷æc b‹ng thüc nghi»m N‚u t¡n x⁄ l n hçi th… n«ng l÷ængcıa h⁄t t£i v¤n ÷æc b£o to n sau t¡n x⁄

Ei = Ef ;Tr⁄ng th¡i cıa i»n tß tr÷îc va ch⁄m jii

h m sâng câ d⁄ng:

E n;k =

eikr

n;k = p

A n(z);

(1.31)E

. vîi n«ng l÷æng v

(1.32)

29

trong â n = 0; 1; 2; : : : :; k l v†ctì sâng hai chi•u Tr⁄ng th¡i cıa i»n

Xung l÷æng truy•n cıa h⁄t t£i trong m°t phflng (x; y):

Bi‚n Œi Fourier hai chi•u cho th‚ t¡n x⁄

Z(1.35)

(1.36)

Qu¡ tr…nh t¡n x⁄ phö thuºc v o h m sâng bao (z) X†t t¡n x⁄ trong nºi

vòng con v coi qu¡ tr…nh t¡n x⁄ l n hçi, ta câ:

Trong tr÷íng hæp b• rºng gi‚ng l÷æng tß ı nhä ” kho£ng c¡ch

giœa c¡c møc n«ng l÷æng ı lîn v nçng º h⁄t t£i th§p, nhi»t º th§p ”

khæng câ sü nh£y møc n«ng l÷æng cıa h⁄t t£i th… ta câ th” coi h⁄t t£i

a T¡n x⁄ cıa h⁄t t£i trong gi‚ng l÷æng tß.

Łi vîi kh‰ i»n tß hai chi•u ð nhi»t º th§p, c¡c h⁄t câ n«ng l÷æng x§p

x¿ b‹ng n«ng l÷æng Fermi mîi tham gia trüc ti‚p qu¡ tr…nh d¤n i»n

v… chóng câ kh£ n«ng lîn nh§t ” nh“n n«ng l÷æng tł tr÷íng ngo i

v chuy”n l¶n møc cao hìn Tuy nhi¶n h⁄t t£i chuy”n ºng ÷æc xem

khæng ch¿ ìn thuƒn nh÷ l mºt ch§t i”m m ph£i l mºt bâ sâng câ k

‰ch th÷îc hœu h⁄n V… v“y h⁄t t£i chàu £nh h÷ðng bði c¡c nguçn t¡n

x⁄ kh¡c nhau, t÷ìng øng vîi c¡c tr÷íng th‚ t¡n x⁄ t¡c ºng l¶n º linh

ºng cıa h⁄t t£i Vi»c ch¿ ra ƒy ı c¡c cì ch‚ t¡n x⁄ s‡ x¡c ành ch‰nh x¡c

º linh ºng, tøc l º d¤n i»n cıa c¡c v“t li»u Trong lu“n ¡n n y chóng tæi

x†t ‚n c¡c cì ch‚ t¡n x⁄ sau ¥y:

31

T¡n x⁄ tr¶n c¡c t⁄p ion ho¡ (Ionized impurity) câ: t⁄p n•n(background impurity) v t⁄p ÷æc pha v o câ chı þ (doping impurity) Ta

¢ bi‚t trong qu¡ tr…nh nuæi tinh th”, mæi tr÷íng bà nhi„m b'n l m xu§thi»n c¡c t¥m t⁄p ph¥n bŁ ng¤u nhi¶n trong m¤u âng vai trÆ l nguçnt¡n x⁄ l¶n kh‰ i»n tß hai chi•u Va ch⁄m cıa h⁄t t£i v t¥m t¡n x⁄ câ th” l

va ch⁄m n hçi ho°c khæng n hçi Va ch⁄m l n hçi khi ºng n«ng cıa c¡ch⁄t tham gia ÷æc b£o to n N‚u ºng n«ng cıa c¡c h⁄t sau khi va ch⁄mlîn hìn ho°c nhä hìn tr÷îc khi va ch⁄m th… va ch⁄m l khæng n hçi C¡ct¥m t¡n x⁄ (t⁄p ion hâa) th÷íng khæng ành xø trong m°t phflng m ngmäng m ð mºt kho£ng c¡ch n o â ‚n m ng mäng Trong c¡c c§u trócMOS t⁄p ch§t câ th” l nhœng ion ÷æc gåi l i»n t‰ch nºi t⁄i, luæn luæntçn t⁄i trong lîp æxit v vîi nçng º coi nh÷ ‰t thay Œi trong mºt vòngngh–o câ k‰ch th÷îc lîn hìn r§t nhi•u so vîi chi•u d y lîp £o (lîp t‰ch

tö i»n t‰ch), cÆn trong c¡c c§u tróc pha t⁄p câ chı þ c¡c ion t⁄p ch§t

bà lo⁄i bä mºt c¡ch câ chı ành khäi m°t phflng cıa kh‰ i»n tß ¥y ch

‰nh l ph÷ìng ph¡p l m gi£m £nh h÷ðng cıa t¡n x⁄ g¥y bði c¡c ion t⁄pch§t

T¡n x⁄ do º nh¡m b• m°t (surface roughness): º nh¡m b• m°t phöthuºc v o cæng ngh» ch‚ t⁄o m¤u Theo ph÷ìng ph¡p epitaxy chòmph¥n tß (MBE) th… º nh¡m ch¿ chi‚m t l» ‚n v i phƒn tr«m b• rºng cıagi‚ng, nh÷ng câ th” chi‚m tîi 30 phƒn tr«m trong ph÷ìng ph¡p l›ng ånghâa håc tł pha hìi (CVD) V… v“y, b• m°t ti‚p xóc giœa c¡c v“t li»ukhæng th” ⁄t ÷æc º phflng tuy»t Łi, cho dò kÿ thu“t t⁄o m¤u ng y c nghi»n ⁄i Cì ch‚ t¡n x⁄ do º nh¡m b• m°t ÷æc g¥y ra bði b£n ch§t khæng

lþ t÷ðng cıa b• m°t ti‚p xóc Cho n¶n chuy”n ºng cıa i»n tß hay lØtrŁng khæng th” tr¡nh khäi £nh h÷ðng cıa àa h…nh b• m°t ti‚p xóc.Nh÷ v“y, vîi b§t ký gi‚ng l÷æng tß n o, º nh¡m b• m°t s‡ l m thay Œi

và tr‰ cıa r o th‚ mºt c¡ch ng¤u nhi¶n v t⁄o mºt

32

tr÷íng th‚ t¡n x⁄ Łi vîi chuy”n ºng cıa kh‰ i»n tß hay lØ trŁng º nh¡mb• m°t c ng trð n¶n quan trång khi b• rºng gi‚ng l÷æng tß gi£mxuŁng Th“m ch‰ gi¡ trà º nh¡m b• m°t câ th” v o cï v i chöc phƒntr«m chi•u rºng cıa gi‚ng l÷æng tß n‚u chi•u rºng cıa gi‚ng câ gi¡ trà

cï 6 100A

T¡n x⁄ bði sü khæng tr“t tü hæp kim b¡n d¤n (Alloy disor-der):Th‚ t¡n x⁄ g¥y bði sü khæng tr“t tü hæp kim b¡n d¤n sinh ra do tagh†p c¡c v“t li»u kh¡c nhau vîi c¡c møc º pha t⁄p kh¡c nhau ” t⁄o th nhgi‚ng l÷æng tß T¡n x⁄ do sü khæng tr“t tü hæp kim b¡n d¤n s‡ m⁄nhn‚u nh÷ c£ kh‰ h⁄t t£i v khŁi b¡n d¤n ành xø trong còng mºt khænggian

T¡n x⁄ do th‚ bi‚n d⁄ng khîp sai (misfit deformation poten-tial) vth‚ ¡p i»n (piezoelectric potential) Khi gh†p hai b¡n d¤n tinh th” vîinhau trong ti‚p xóc b¡n d¤n dà ch§t, ” £m b£o ch§t l÷æng m°t ph¥nc¡ch (gi£m º nh¡m b• m°t) v ch§t l÷æng tinh th”, ng÷íi ta ph£i chånc¡c c°p ch§t b¡n d¤n câ h‹ng sŁ m⁄ng tinh th” c ng gƒn nhau c ng tŁt(sai kh¡c khæng qu¡ 7%)

Tuy nhi¶n, sü sai kh¡c khæng th” tr¡nh khäi cıa c¡c h‹ng sŁm⁄ng, th“m ch‰ th¶m c£ y‚u tŁ lo⁄i m⁄ng tinh th” cıa c¡c ch§t b¡n d¤n

÷æc dòng, d¤n tîi vi»c s‡ câ mºt sŁ li¶n k‚t tinh th” n o â t⁄i m°t ph¥nc¡ch bà ph¡ vï hay bi‚n d⁄ng Hi»n t÷æng n y £nh h÷ðng l¶n chuy”nºng cıa c¡c h⁄t t£i bà giam cƒm theo ph÷ìng z, nh÷ng chuy”n ºngtrong m°t phflng (x; y) ð gƒn vîi b• m°t ph¥n c¡ch, nh÷ l mºt th‚ t¡n x⁄mîi vîi t¶n gåi l th‚ t¡n x⁄ khîp sai Hìn nœa, khi l›p gh†p hai b¡n d¤nkh¡c lo⁄i vîi nhau, câ th” x£y ra hi»n t÷æng ph¥n bŁ khæng çng •uc¡c khŁi i»n t‰ch tr¡i d§u, nh§t l Łi vîi c¡c tinh th” câ t‰nh ion cao.Ùng su§t tçn t⁄i ð m°t ph¥n c¡ch câ th” g¥y n¶n sü t⁄o th nh

33