Đề tài: Nghiên cứu tính chất dẫn điện của hệ bán dẫn thấp chiều

Chia sẻ: Dang Van Phuong Phuong | Ngày: | Loại File: PPTX | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

219
lượt xem 43
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu đề tài "Nghiên cứu tính chất dẫn điện của hệ bán dẫn thấp chiều" nhằm 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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Nghiên cứu tính chất dẫn điện của hệ bán dẫn thấp chiều

KHOÁ LUÂN TÔT NGHIÊP ̣ ́ ̣ ĐỀ TAI: ̀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT DẪN ĐIỆN CỦA HỆ BÁN DẪN THẤP CHIỀU SV Thực hiện : Trần Văn Duy GV hướng dẫn : Th.S Nguyễn Thị Thuỷ
MỞ ĐÂU ̀ 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.
MỞ ĐÂU ̀ 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.
̣ NÔI 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
CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ CÁC HỆ BÁN DẪN THẤP CHIỀU Hệ bán ddẫnthấp chiều đlà các hệ làm cácndcó cấu trúc Hệ bán ẫn hấp chiều ược chia bán dẫ ạng sau: không gian bị hạn chế theo một, hai hoặc ba chiều mà kích thước có thể so được với bước sóng De Broglie.
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 2.1.1. Hệ một chiều ε = ε i , j + h k / 2m; 2 2 Ψ ( x, y, z ) = φi , j ( y, z )eikz (2.1) Giải phương trình Schrödinger ta có năng lượng 2 � x n y � h2 k 2 hπ n 2 2 2 ε= �2 + 2 � + . � x Ly � 2m 2m �L �
Mật độ trạng thái dN i , j dk L me 4L Di , j (ε ) = = ( 2) ( 2) z = , Khi ε > (2.5) dk d ε 2π h 2(ε − ε i , j ) hvi , j εi,j Di , j (ε ) = 0, Khi ε < (2.6) εi,j Chú ý rằng mật độ trạng thái phân kì là (ε – εi,j)-1/2 tại mỗi ngưỡng vùng con. Chúng được gọi là điểm kì dị Van Hove và ảnh hưởng đến tích chất điện và quang học của hệ 1D.
Các đỉnh được quan sát khi ánh sáng phát xạ và hấp thụ đồng thời phù hợp với năng lượng giữa điểm kì dị Van Hove thứ nhất và thứ hai tương ứng.
2.1.1. điện mộtychiều Dòng Hệ chạ qua kênh truyền do vượt quá dịch chuyển b. Dphn i mang mật độ Δnột chiều bên ả ẫ điện trong hệ m là DR ( ε ) qV 2 2e 2 Một kênh truyề= 1D L dòng điện giới hạV , bởi mộ(2.8)ện I = ∆nqv có qv = hv vq V = h n 2 n t đi ápộđdẫn điện trênvà điệầu ởủa nó. Do u cunó nhưmột độ dẫn Đ ược đặt I/V hai đ n tr c V/I hai đầ đó ối có sau GQ = 2e2 / h; RQ = h / 2e 2 = 12906k Ω (2.9) điện giới hạn ngay cả khi không có sự tán xạ trong dây.
Nếu kênh được dẫn không hoàn toàn, độ dẫn nói chung là Sự lượng tử hóa của độ dẫn dẫn lượng tử nhiều lần, xác suất (ε F ) ể đ truyền điện tử qua điện được minh họa một cách đáng các kênh (hình 2.4): = ( e 2 / h ) (ε F các GQ ( ε F ) kể2trong qua ). dữ liệu trong hình (2.10) 2.5. Đây là công thức thường được gọi là côg thức Landauer.
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: �ε F ) = ( �, j (ε F ), i (2.11) i, j Từ công thức Landauer (2.10) chúng ta viết lại trở kháng cho trường hợp một kênh theo cách sau: h 1 h h R= = 2+ 2 , (2.13) 2e 2 � 2e 2e �
Hai rào cản trong loạt cộng hưởng đường hầm Xét hai rào cản trong chuỗi cách nhau một khoảng L, với biên độ truyền và phản xạ t1, r1 và t2, r2 như biểu diễn trong hình 2.6. iϕ iϕ t j = t j e tj ; rj = r j e rj (2.14) Với một sóng tới từ bên trái có biên độ là 1, biên độ được xác định trong hình 2.6 được cho bởi a = t1 + r1b; b = ar2 eiϕ ; c = at 2 eiϕ / 2 ; (2.15) Xác suất truyền qua cặp rào cản là như sau 2 2 2 t1 . t2 �= c = (2.17) 1 + r1 . r2 − 2 r1 r2 cos ( ϕ ) 2 2 * Mà ϕ * = 2kL + ϕ r1 + ϕ r 2 Xác suất truyền qua (2.17) được tăng lên rất nhiều khios(ϕ * ) c tiến đến một, bởi vì mẫu số trở nên nhỏ. Điều này xảy ra với điều kiện cộng hưởng
ϕ ∗ = 2kL + ϕr1 + ϕr 2 = 2π n, (2.18) Xem xét các trường hợp đặc biệt ở đó các rào cản là giống nhau: t1 = t2. Chúng ta có sau � ϕ = 2π n ) = t1 ( ∗ 4 (1− r ) 1 2 −2 = 1. (2.20) Xác suất truyền dẫn trên công hưởng thông qua một cấu trúc hai rào cản đối xứng là 1, ngay cả khi truyền dẫn qua từng rào cản riêng lẻ là bé. Đây được gọi là cộng hưởng đường hầm.
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 gồm một loạt các tán xạ đàn hồi đặc trưng bởi một tán xạ ngược đàn hồi chiều dài Điện trở trung bình: h R = exp(2 L / le ). (2.30) 2e 2 Đáng chú ý, điện trở tăng lên theo cấp số nhân với chiều dài của mẫu, chứ không phải là tuyến tính. Đây là kết quả của sự định sứ do sự giao thoa giữa lượng tử giữa các trạng thái phân tán rối loạn.
2.1.1. Hệ không chiều a. Cấu trúc điện tử Một ví dụ đơn giản, xét một electron trong một giếng thế hình cầu. Do sự đối xứng cầu, các Hamilton chia tách thành các phần góc cạnh và xuyên tâm cho trạng thái riêng và năng lượng riêng: ε n , l , m = ε n ,l ; ψ ( r , θ , φ ) = Yl ,m ( θ , φ ) Rn ,l ( r ) , (2.37) Các mức năng lượng và hàm sóng hài phụ thuộc vào các chi tiết của thế giam giữ riêng biệt. Đối với một giếng vô hạn hình cầu, ở đó V = 0 với r < R ε n ,l = h2 β n2,l / ( 2m∗ R 2 ) , Rn ,l ( r ) = jl ( β n ,l r / R ) , r < R. (2.38)
Các trạng thái tích điện rời rạc Trong gần đúng thomas-Fermi, điện thế cho thêm điện tử thứ (N +1) để một chấm có chứa N điện tử được cho bởi: µ N +1 = ε N +1 − eϕ = ε N +1 + NU − α eVg , (2.47) Trong trường hợp này, chúng ta có thể mô tả các tương tác tĩnh điện và về điện dung: U = e2 C α = Cg C , (2.48)
Điện áp cổng phụ ΔVg cần thiết để thêm một điện tử nhiều hơn từ một hồ chứa cố định là, từ (2.47), ∆Vg = ( 1 α e ) ( ε N +1 − ε N + e 2 C ) . (2.49) Một ứng dụng cơ bản của định luật Gauss đưa ra cho các điện dung và do đó năng lượng tích điện: e2 d U= (2.50) 4πε 0ε R R + d 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 δε h / δ t = h / RC = ( e 2 / C ) ( h / e 2 ) / R. (2.51)
2.1.1. Hệ không chiều b. Dẫn điện trong hệ không chiều Dao động cu-lông