Luận án Tiến sĩ Vật lý: 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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:122

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài "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" là nghiên cứu các hiện tượng vận chuyển điện tử trong các cấu trúc nano bán dẫn dựa trên các vật liệu AlGaN/GaN và penta-graphene nanoribbon.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Vật lý: 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

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 HÀ NỘI – 2020
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 và Vật lý toán Mã số: 9 44 01 03 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Thành Tiên 2. GS.TS. Đoàn Nhật Quang Hà Nội – 2020
LÍI CM ÌN º ho n th nh luªn ¡n n y, tæi ¢ nhªn ÷ñc r§t nhi·u sü gióp ï, hé trñ v ëng vi¶n cõa quþ Th¦y Cæ, çng nghi»p, b¤n b± v ng÷íi th¥n. Tr÷îc ti¶n, tæi xin gûi líi tri ¥n s¥u sc nh§t ¸n GS.TS. o n Nhªt Quang v PGS.TS. Nguy¹n Th nh Ti¶n. Trong suèt qu¡ tr¼nh thüc hi»n luªn ¡n, ngo i sü h÷îng d¨n tªn t¼nh trong cæng t¡c chuy¶n mæn, c¡c Th¦y cán l nhúng ng÷íi ¦u ti¶n gióp tæi þ thùc ÷ñc vai trá cõa vi»c nghi¶n cùu, b÷îc ¦u l m quen v câ þ thùc l m vi»c ëc lªp, l m vi»c nhâm công nh÷ tü h¼nh th nh nhúng ành h÷îng nghi¶n cùu hé trñ cæng t¡c gi£ng d¤y trong nh tr÷íng. Xin ÷ñc gûi líi c£m ìn ¸n PGS.TS. L¶ Tu§n, PGS.TS. inh Nh÷ Th£o v c¡c b¤n håc vi¶n cao håc còng nhâm nghi¶n cùu t¤i tr÷íng ¤i håc C¦n Thì ¢ còng cëng t¡c trong c¡c cæng tr¼nh nghi¶n cùu khoa håc thíi gian qua. Tæi công xin gûi líi c£m ìn ¸n quþ Th¦y Cæ gi£ng d¤y v cæng t¡c t¤i Vi»n Vªt lþ, Håc vi»n Khoa håc v Cæng ngh» Vi»t Nam ¢ truy·n thö ki¸n thùc v hé trñ cæng t¡c håc vö cho tæi trong suèt thíi gian thüc hi»n · t i. Xin ch¥n th nh c£m ìn quþ Th¦y Cæ cæng t¡c t¤i Khoa Khoa håc Tü nhi¶n v c¡c pháng ban chùc n«ng tr÷íng ¤i håc C¦n Thì ¢ t¤o måi i·u ki»n º tæi ho n th nh vi»c håc tªp v nghi¶n cùu trong c¡c n«m qua. Cuèi còng, xin gûi líi tri ¥n ¸n b¤n b± v ng÷íi th¥n, nhúng ng÷íi luæn hé trñ v ëng vi¶n tæi v÷ñt qua nhúng khâ kh«n º ho n th nh luªn ¡n n y. H Nëi, ng y 10 th¡ng 12 n«m 2020 Ph¤m Thà B½ch Th£o
LÍI CAM OAN Tæi xin cam oan cæng tr¼nh n y ÷ñc tæi thüc hi»n d÷îi sü h÷îng d¨n cõa GS.TS. o n Nhªt Quang, PGS.TS. Nguy¹n Th nh Ti¶n v c¡c nëi dung li¶n quan ch÷a ÷ñc cæng bè trong b§t ký luªn ¡n n o. Cö thº, ch÷ìng 1 l ph¦n l÷ñc kh£o t i li»u vªt li»u ph¥n cüc v £nh h÷ðng cõa i»n t½ch ph¥n cüc l¶n hi»n t÷ñng vªn chuyºn i»n tû. Ch÷ìng 2 v 3 l k¸t qu£ nghi¶n cùu v· hi»n t÷ñng giam c¦m l÷ñng tû v vªn chuyºn i»n tû trong c§u tróc th§p chi·u ÷ñc tæi thüc hi»n còng hai th¦y h÷îng d¨n GS.TS. o n Nhªt Quang, PGS.TS. Nguy¹n Th nh Ti¶n v cëng sü PGS.TS. inh Nh÷ Th£o. Cuèi còng, c¡c k¸t qu£ v· nghi¶n cùu hi»n t÷ñng vªn chuyºn i»n tû trong penta-graphene nanoribbon thu¦n v pha t¤p b¬ng lþ thuy¸t phi¸m h m mªt ë ÷ñc tæi thüc hi»n còng PGS.TS. Nguy¹n Th nh Ti¶n, ThS. Vã Trung Phóc v GS. Rajeev Ahuja, ¤i håc Uppsala, Thöy iºn. H Nëi, ng y 10 th¡ng 12 n«m 2020 Ph¤m Thà B½ch Th£o
i Möc löc Danh möc c¡c chú vi¸t tt iii Danh s¡ch h¼nh v³ iv Danh s¡ch b£ng ix Ph¦n mð ¦u 1 Ch÷ìng 1 Têng quan v· vªt li»u nghi¶n cùu 15 1.1 C§u tróc dà ch§t AlGaN/GaN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.1.1 C§u tróc dà ch§t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.1.2 C§u tróc dà ch§t ph¥n cüc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.1.3 nh h÷ðng cõa i»n t½ch ph¥n cüc l¶n hi»n t÷ñng vªn chuyºn i»n tû trong c§u tróc dà ch§t ph¥n 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 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 . . . . . . . . . . . . 33
ii Ch÷ìng 2 Ph¥n bè i»n tû trong c§u tróc dà ch§t ph¥n cüc AlGaN/GaN 38 2.1 H m sâng bi¸n ph¥n cho c§u tróc dà ch§t ìn r o húu h¤n . . . . 39 2.2 C¡c th¸ giam giú i»n tû trong c§u tróc dà ch§t ph¥n cüc pha t¤p i·u bi¸n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.3 Têng n«ng l÷ñng ùng vîi mët electron trong vòng con th§p nh§t . 46 2.4 K¸t qu£ t½nh sè v th£o luªn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Ch÷ìng 3 Hi»n t÷ñng vªn chuyºn i»n tû trong c§u tróc dà ch§t ph¥n cüc AlGaN/GaN 56 3.1 K¸t qu£ gi£i t½ch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.2 K¸t qu£ t½nh sè v th£o luªn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.2.1 ë linh ëng g¥y bði t¡n x¤ b§t trªt tü hñp kim v t¡n x¤ nh¡m k¸t hñp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.2.2 So s¡nh vîi dú li»u thüc nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . 69 Ch÷ìng 4 Hi»n t÷ñng vªn chuyºn i»n tû trong penta-graphene nanoribbon d¤ng bi¶n r«ng c÷a pha t¤p 74 4.1 °c t½nh c§u tróc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.2 °c t½nh vªn chuyºn i»n tû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Ph¦n k¸t luªn 90 Danh s¡ch cæng bè cõa t¡c gi£ 93 T i li»u tham kh£o 95
iii Danh mục các 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 GFET transistor) Graphene nanoribbon GNR Transistor độ linh động điện tử cao (High electron mobility HEMT transistor) Transistor hiệu ứng trường cấu trúc dị chất (Heterojunction HFET field effect transistor) 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 Zigzag penta-graphene nanoribbon ZZPGNR
iv Danh s¡ch h¼nh v³ 1.1 Sü sp x¸p nguy¶n tû tr¶n m°t Ga v N cõa tinh thº GaN. Môi t¶n ch¿ h÷îng ph¥n cüc tü ph¡t [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.2 Gi£n ç vòng v sü h¼nh th nh kh½ i»n tû hai chi·u t¤i b· m°t AlGaN/GaN [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.3 Sü thay êi mªt ë kh½ i»n tû hai chi·u theo th nh ph¦n Al v b· d y AlGaN [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.4 Mët sè c§u tróc cõa carbon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.5 Sü h¼nh th nh c¡c c§u tróc carbon tø graphite. . . . . . . . . . . . 25 1.6 C§u tróc graphene v hai d¤ng graphene nanoribbon: zigzag v armchair. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.7 a) Và tr½ pha t¤p B trong AGNR, b) Pha t¤p N trong AGNR, c) Pha t¤p B-N trong AGNR, d) Mæ h¼nh thi¸t bà cõa AGNR pha t¤p B, N ho°c çng pha t¤p B-N [86]. . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.8 a) C§u tróc vòng cõa AGNR thu¦n v AGNR pha t¤p B ð c¡c và tr½ kh¡c nhau, b) Phê I-V cõa AGNR thu¦n v AGNR pha t¤p B ð và tr½ P4 v P6 t÷ìng ùng trong h¼nh 1.7 [86]. . . . . . . . . . . . 28 1.9 a) C§u tróc vòng cõa AGNR thu¦n v AGNR pha t¤p B-N k¸t hñp ð c¡c và tr½ kh¡c nhau, b) Phê I-V cõa AGNR thu¦n v AGNR pha t¤p B-N ð và tr½ P1 [86]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
v 1.10 a) Sì ç c§u tróc nguy¶n tû cõa 8-ZGNR v 4 và tr½ t¤p thay th¸ kh¡c nhau, b) Mæ h¼nh thi¸t bà cõa 8-ZGNR ÷ñc tæi hâa bi¶n hydro [87]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.11 C§u tróc vòng cõa ZGNR pha t¤p B ð 4 và tr½ kh¡c nhau (a, b, c, d) v ZGNR thu¦n (e) [87]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.12 C§u tróc vòng cõa ZGNR pha t¤p N ð 4 và tr½ kh¡c nhau (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 Sì ç vòng h¼nh th nh t¤i ti¸p gi¡p cho mët HEMT. . . . . . . . 34 1.16 Mæ h¼nh HEMT GaN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.17 Mæ h¼nh transistor hi»u ùng tr÷íng düa tr¶n graphene. . . . . . . 36 2.1 Mæ h¼nh pha t¤p i·u bi¸n trong c§u tróc dà ch§t ph¥n cüc Al- GaN/GaN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.2 H m sâng (a) v c¡c th¸ giam c¦m (b) trong c§u tróc dà ch§t ph¥n cüc AlGaN/GaN vîi mªt ë 2DEG ns = 5 × 1012 cm−2 , mªt ë donor NI = 5 × 1018 cm−3 , k½ch th÷îc ph¥n bè t¤p Ld = 150 A, kho£ng c¡ch tø 2DEG ¸n t¤p Ls = 70 A khi mªt ë i»n t½ch ph¥n cüc l¦n l÷ñt l σ/e = 5 × 1012 , 1013 v 5 × 1013 cm−2 , ÷ñc kþ hi»u t÷ìng ùng a, b v c. ÷íng li·n n²t v ùt n²t ùng vîi mæ h¼nh r o húu h¤n v mæ h¼nh r o væ h¤n. . . . . . . . . . . . . 51 2.3 H m sâng trong c§u tróc dà ch§t ph¥n cüc AlGaN/GaN vîi h m l÷ñng Al trong hñp kim x = 0.3, mªt ë donor NI = 5 × 1018 cm−3 , mªt ë i»n t½ch ph¥n cüc σ/e = 1013 cm−2 , k½ch th÷îc ph¥n bè t¤p Ld = 150 A v kho£ng c¡ch tø 2DEG ¸n t¤p Ls = 70 A khi mªt ë 2DEG l¦n l÷ñt l ns = 1012 , 5 × 1012 , 1013 cm−2 , ÷ñc kþ hi»u t÷ìng ùng a, b v c. ÷íng li·n n²t v ùt n²t ùng vîi mæ h¼nh r o húu h¤n v mæ h¼nh r o væ h¤n. . . . . . . . . . . . . . . 52
vi 2.4 H¼nh (a), h m sâng trong c§u tróc dà ch§t ph¥n cüc AlGaN/GaN vîi h m l÷ñng Al trong hñp kim x = 0.3, mªt ë 2DEG ns = 5 × 1012 cm−2 , k½ch th÷îc ph¥n bè t¤p Ld = 150 A, kho£ng c¡ch tø 2DEG ¸n t¤p Ls = 70 A khi mªt ë donor l¦n l÷ñt l NI = 1018 , 5 × 1018 v 1019 cm−3 , ÷ñc kþ hi»u t÷ìng ùng a, b v c. H¼nh (b), h m sâng trong c§u tróc dà ch§t ph¥n cüc AlGaN/GaN vîi h m l÷ñng Al trong hñp kim x = 0.3, mªt ë 2DEG ns = 1013 cm−2 , k½ch th÷îc ph¥n bè t¤p Ld = 150 A, mªt ë donor NI = 5 × 1018 cm−3 khi kho£ng c¡ch tø 2DEG ¸n t¤p l¦n l÷ñt l Ls = 0 A, 70 A v 150 A ÷ñc kþ hi»u t÷ìng ùng a, b v c. ÷íng li·n n²t v ùt n²t ùng vîi mæ h¼nh r o húu h¤n v mæ h¼nh r o væ h¤n. . . 54 3.1 ë linh ëng khi x²t t¡n x¤ b§t trªt tü hñp kim (AD), t¡n x¤ nh¡m k¸t hñp (CR) v têng c¡c t¡n x¤ (Tot) theo mªt ë i»n t½ch ph¥n cüc σ/e trong c§u tróc dà ch§t ph¥n cüc pha t¤p i·u bi¸n AlGaN/GaN khi bi¶n ë nh¡m ∆ = 3 A v ë d i t÷ìng quan Λ = 70 A. ç thà nhä k±m theo mæ t£ h m sâng cõa c§u tróc dà ch§t ph¥n cüc AlGaN/GaN khi mªt ë 2DEG ns = 5×1012 cm−2 , mªt ë donor NI = 5 × 1018 cm−3 , k½ch th÷îc ph¥n bè t¤p Ld = 150 A v kho£ng c¡ch tø t¤p ¸n 2DEG Ls = 70 A; a, b, c ùng vîi gi¡ trà mªt ë i»n t½ch ph¥n cüc σ/e = 5 × 1012 , 1013 , 5 × 1013 cm−2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.2 ë linh ëng khi x²t t¡n x¤ b§t trªt tü hñp kim (AD), t¡n x¤ nh¡m k¸t hñp (CR) v têng c¡c t¡n x¤ (Tot) theo mªt ë donor NI trong c§u tróc dà ch§t ph¥n cüc pha t¤p i·u bi¸n AlGaN/GaN vîi h m l÷ñng Al x = 0.3, mªt ë 2DEG ns = 5 × 1012 cm−2 , k½ch th÷îc ph¥n bè t¤p Ld = 150 A v kho£ng c¡ch tø t¤p ¸n 2DEG Ls = 70 A khi bi¶n ë nh¡m ∆ = 3 A v ë d i t÷ìng quan Λ = 70 A. ç thà nhä k±m theo mæ t£ h m sâng cõa c§u tróc dà ch§t ph¥n cüc AlGaN/GaN khi mªt ë 2DEG ns = 5 × 1012 cm−2 , k½ch th÷îc ph¥n bè t¤p Ld = 150 A v kho£ng c¡ch tø t¤p ¸n 2DEG Ls = 70 A; a, b, c ùng vîi mªt ë donor NI = 1018 , 5 × 1018 , 1019 cm−3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
vii 3.3 ë linh ëng khi x²t t¡n x¤ b§t trªt tü hñp kim (AD), t¡n x¤ nh¡m k¸t hñp (CR) v têng c¡c t¡n x¤ (Tot) trong c§u tróc dà ch§t pha t¤p i·u bi¸n AlGaN/GaN theo h m l÷ñng Al x vîi NI = 4 × 1018 cm−3 , Ld = 150 A v Ls = 70 A. Chi·u cao r o V0 (x), mªt ë i»n t½ch ph¥n cüc σ (x), mªt ë 2DEG ns (x), bi¶n ë nh¡m ∆ v ë d i t÷ìng quan Λ thay êi theo x. C¡c ch§m trán t÷ìng ùng vîi dú li»u thüc nghi»m ÷ñc o ð 77 K [115]. . . . . . 71 3.4 ë linh ëng khi x²t t¡n x¤ b§t trªt tü hñp kim (AD), t¡n x¤ nh¡m k¸t hñp (CR) v têng c¡c t¡n x¤ (Tot) vîi mæ h¼nh r o húu h¤n cho c§u tróc Al0.27 Ga0.73 N/GaN (c¡c ç thà b¶n tr¡i) v AlN/GaN (ç thà b¶n ph£i). C¡c kþ hi»u vuæng ÷ñc tæ en v c¡c kþ hi»u vuæng trèng l¦n l÷ñt l dú li»u thüc nghi»m o ð 20 K cho c§u tróc Al0.27 Ga0.73 N/GaN v AlN/GaN [144]. . . . . . . . 72 4.1 a) C§u tróc mët æ cì sð cõa SSPGNR ¢ ÷ñc tæi hâa bi¶n hydro v pha t¤p 1 nguy¶n tû (Si, N, P) ð còng và tr½, b) Mæ h¼nh linh ki»n cõa SSPGNR thu¦n ho°c pha t¤p (Si, N, P). . . . . . . . . . 76 4.2 C§u tróc vòng cõa SSPGNR, Si-SSPGNR, N-SSPGNR v P- SSPGNR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.3 Mªt ë tr¤ng th¡i v mªt ë tr¤ng th¡i ri¶ng cõa SSPGNR, Si- SSPGNR, N-SSPGNR v P-SSPGNR. . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.4 ç thà I(V) cõa 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-SSPGNR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.6 C§u tróc vòng i»n cüc tr¡i, i»n cüc ph£i v phê truy·n qua t¤i 1.0 V cõa SSPGNR, Si-SSPGNR, N-SSPGNR v P-SSPGNR. . . 84
viii 4.7 C§u tróc vòng i»n cüc tr¡i, i»n cüc ph£i v phê truy·n qua cõa N-SSPGNR t¤i a) 0.8V v b) 1.4 V. Vòng m u v ng thº hi»n kho£ng i»n th¸ kh£o s¡t. c) v d) Tr¤ng th¡i t¡n x¤ t¤i nhúng gi¡ trà n«ng l÷ñng °c bi»t trong cêng i»n th¸ cho N-SSPGNR vîi isovalue b¬ng 0.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.8 C§u tróc vòng i»n cüc tr¡i, i»n cüc ph£i v phê truy·n qua cõa P-SSPGNR t¤i a) 0.5 V v b) 0.9 V. Vòng m u v ng thº hi»n kho£ng i»n th¸ kh£o s¡t. c) v d) Tr¤ng th¡i t¡n x¤ t¤i nhúng gi¡ trà n«ng l÷ñng °c bi»t trong cêng i»n th¸ cho P-SSPGNR vîi isovalue b¬ng 0.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
ix Danh s¡ch b£ng 1.1 nh h÷ðng cõa t¿ sè c0 /a0 ¸n c÷íng ë cõa ph¥n cüc tü ph¡t trong nitride nhâm III [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2 H» sè ¡p i»n cõa GaN v AlN c§u tróc wurtzite ÷ñc dòng trong t½nh to¡n [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.1 Nhúng thay êi v· ë d i li¶n k¸t tø c¡c và tr½ ÷ñc pha t¤p ¸n carbon l¥n cªn. Chi·u d i ÷ñc t½nh b¬ng ìn và A. . . . . . . . . 78 4.2 Gi¡ trà Ip , Iv v t sè Ip /Iv ð bèn m¨u kh£o s¡t. . . . . . . . . . . 86
1 Ph¦n mð ¦u Trong thíi ¤i ng y nay, cæng ngh» b¡n d¨n l mët trong nhúng l¾nh vüc quan trång v câ £nh h÷ðng nh§t ¸n sü ph¡t triºn cõa khoa håc - cæng ngh». Cæng ngh» b¡n d¨n l n·n t£ng cõa x¢ hëi thæng tin, ¢ v ang thóc ©y x¢ hëi lo i ng÷íi ti¸n l¶n vîi nhúng sü thay êi trong s£n xu§t, sinh ho¤t, giao ti¸p v thªm ch½ trong c£ suy ngh¾. Trong cæng ngh» b¡n d¨n, vªt li»u b¡n d¨n âng mët vai trá quan trång. Transistor ¦u ti¶n ÷ñc ph¡t minh v o n«m 1947 düa tr¶n ch§t b¡n d¨n gecmani (Ge) vîi ë rëng vòng c§m ð nhi»t ë pháng l 0.67 eV [1]. M¤ch t½ch hñp ¦u ti¶n ra íi v o n«m 1958, m¤ch t½ch hñp khèi xu§t hi»n v o n«m 1961 sû döng Ge v silic (Si) vîi ë rëng vòng c§m ð nhi»t ë pháng 1.12 eV [2]. Tø n«m 1965, silic trð th nh vªt li»u ch½nh cho c¡c m¤ch t½ch hñp b¡n d¨n. Hi»n nay, ph¦n lîn c¡c ng nh cæng nghi»p b¡n d¨n, m¤ch t½ch hñp ho°c pin quang i»n v¨n düa tr¶n silic. Silic v gecmani ÷ñc xem nh÷ c¡c ch§t b¡n d¨n th¸ h» ¦u. C¡c ch§t b¡n d¨n th¸ h» thù hai bao gçm gallium arsenide (GaAs, ë rëng vòng c§m ð nhi»t ë pháng l 1.43 eV) v indium phosphide (InP, ë rëng vòng c§m ð nhi»t ë pháng l 1.35 eV) ÷ñc giîi thi»u v o nhúng n«m 1970. B¡n d¨n th¸ h» thù hai chõ y¸u ÷ñc ùng döng trong c¡c thi¸t bà tèc ë cao, thi¸t bà n«ng l÷ñng vi sâng v m¤ch t½ch hñp. Ngo i ë rëng vòng c§m lîn hìn, GaAs câ ë linh ëng i»n tû cao g§p s¡u l¦n v vªn tèc træi b¢o háa lîn hìn hai l¦n so vîi silic. Do â, c¡c thi¸t bà sû döng GaAs phò hñp cho c¡c ho¤t ëng t¦n sè cao. Ngo i ra, transistor hi»u ùng tr÷íng düa tr¶n GaAs công câ nhúng ÷u iºm nh÷ ë nhi¹u th§p, hi»u su§t cao, . . . Tuy nhi¶n, GaAs câ ë d¨n nhi»t v hi»u i»n th¸ ¡nh thõng k²m hìn so vîi c¡c ch§t b¡n d¨n nh÷ GaN v SiC, d¨n ¸n h¤n ch¸ v· cæng su§t. Cæng su§t ¦u ra tèi a cõa transistor hi»u ùng tr÷íng düa tr¶n
2 GaAs (MESFE) s£n xu§t ¦u thªp ni¶n 1980 l 1.4 W [3]. Nhi·u né lüc ¢ ÷ñc thüc hi»n º c£i thi»n hi»u su§t b¬ng c¡c ph÷ìng ph¡p kh¡c nhau nh÷ng sü gia t«ng mªt ë cæng su§t cho transistor hi»u ùng tr÷íng GaAs l khæng ¡ng kº. Cuèi th¸ k XX, c¡c ch§t b¡n d¨n th¸ h» thù ba (ë rëng vòng c§m rëng) nh÷ gallium nitride (GaN, ë rëng vòng c§m ð nhi»t ë pháng l 3.45 eV) v silicon carbide (SiC, ë rëng vòng c§m ð nhi»t ë pháng 3.25 eV cho 4H- SiC) thº hi»n nhúng t½nh n«ng v÷ñt trëi, thu hót ÷ñc nhi·u sü quan t¥m. C¡c b¡n d¨n nitride nhâm III bao gçm gallium nitride (GaN), nhæm nitride (AlN), indium nitride (InN) v hñp kim cõa chóng. GaN v AlN ·u l ch§t b¡n d¨n ë rëng vòng c§m rëng trong khi InN câ ë rëng vòng c§m t÷ìng èi hµp (∼ 0.7 eV). C¡c thi¸t bà i»n tû GaN thành h nh l transistor ë linh ëng i»n tû cao (HEMT) düa tr¶n c§u tróc dà ch§t GaN (nh÷ AlGaN/GaN ho°c InAlN/GaN) vîi kh½ i»n tû hai chi·u (2DEG) câ ë linh ëng cao v mªt ë h¤t t£i lîn. i·u n y cho th§y HEMT GaN phò hñp hìn vîi c¡c ùng döng câ cæng su§t v t¦n sè cao. Ngo i ra, HEMT GaN cán thº hi»n °c t½nh t£n nhi»t tèt khi ÷ñc nuæi tr¶n ¸ SiC v kim c÷ìng. Th¶m v o â, HEMT GaN ÷ñc nuæi tr¶n ¸ silic s³ câ chi ph½ th§p. Vîi ë rëng vòng c§m bao phõ to n bë vòng kh£ ki¸n, ch§t b¡n d¨n nitride nhâm III ÷ñc ùng döng rëng r¢i trong c¡c thi¸t bà quang i»n tû b÷îc sâng ngn, cö thº l diode ph¡t s¡ng m u xanh lam (LED). Sü ph¡t triºn nhanh châng cõa ng nh cæng nghi»p LED xanh düa tr¶n GaN trong nhúng n«m 1990 công thóc ©y nghi¶n cùu v ph¡t triºn thi¸t bà i»n tû düa tr¶n GaN. Nhi·u nghi¶n cùu v· c¡c thi¸t bà i»n tû nitride nhâm III nh÷ transistor hi»u ùng tr÷íng dà ch§t (HFET) ÷ñc thüc hi»n, trong â HFET AlGaN/GaN trð n¶n phê bi¸n nh§t cho c¡c thi¸t bà i»n tû GaN. Do sü ph¥n cüc tü ph¡t m¤nh v ph¥n cüc ¡p i»n trong AlGaN/GaN v InAlN/GaN, c§u tróc dà ch§t GaN câ mªt ë 2DEG cao vîi ë linh ëng cao hìn ¡ng kº so vîi c¡c c§u tróc khèi. Ng y nay, c§u tróc dà ch§t b¡n d¨n ÷ñc sû döng rëng r¢i trong nhi·u l¾nh vüc kh¡c nhau do nhúng lñi th¸ to lîn cõa nâ. Cö thº, trong l¾nh vüc vi¹n thæng vîi transistor b¡n d¨n, truy·n h¼nh v» tinh, h» thèng c£nh b¡o, . . . ; l¾nh vüc n«ng l÷ñng vîi pin m°t tríi, diode ph¡t s¡ng, thi¸t bà l÷u trú thæng tin, . . . ; l¾nh vüc y t¸ vîi h» thèng låc n÷îc, h» thèng xû lþ dú li»u, . . . [4, 5, 6, 7, 8]. Nhi·u nghi¶n cùu cho th§y, ë d¨n i»n v t½nh ch§t quang cõa c§u tróc dà ch§t
3 b¡n d¨n thay êi ¡ng kº so vîi c§u tróc b¡n d¨n khèi v khi ÷ñc ¡p tr÷íng ngo i [9, 10]. Hìn núa, c§u tróc dà ch§t b¡n d¨n công câ nhúng °c t½nh nëi t¤i ÷u vi»t. Mët trong nhúng °c t½nh â l sü ph¥n cüc i»n phö thuëc v o h÷îng vªt li»u v c§u tróc vªt li»u, °c bi»t l c¡c c§u tróc th§p chi·u [11, 12]. V¼ vªy, c§u tróc dà ch§t b¡n d¨n l mët chõ · h§p d¨n trong nghi¶n cùu vªt li»u hi»n ¤i trong nhúng thªp k qua [13, 14, 15, 16, 17]. Hi»u ùng ph¥n cüc m¤nh tçn t¤i trong nhi·u vªt li»u nh÷ GaN, ZnO, MgO, AlAs, InN, . . . M°c dò ¢ câ mët sè nghi¶n cùu v· £nh h÷ðng cõa hi»u ùng ph¥n cüc l¶n c¡c t½nh ch§t i»n cõa c¡c c§u tróc tr¶n [13, 14, 18, 19], nhúng cæng tr¼nh tr¶n th÷íng ÷ñc nghi¶n cùu tr¶n h» pha t¤p khæng çng nh§t v ch÷a x²t ¸n t§t c£ c¡c vai trá cõa i»n t½ch ph¥n cüc. °c bi»t, c§u tróc dà ch§t b¡n d¨n thº hi»n hi»u ùng giam c¦m ph¥n cüc c¦n ÷ñc nghi¶n cùu mët c¡ch s¥u rëng. Ngo i ra, mèi quan h» giúa hi»u ùng giam c¦m v °c t½nh vªn chuyºn i»n tû c¦n ÷ñc nghi¶n cùu chi ti¸t hìn. C¡c ch§t b¡n d¨n nitride nhâm III bao gçm GaN, InN, AlN v c§u tróc dà ch§t cõa chóng ÷ñc ùng döng rëng r¢i cho c¡c thi¸t bà i»n tû v quang i»n tû [20]. C¡c c§u tróc n y câ ë rëng vòng c§m tø vòng hçng ngo¤i g¦n (0.7 eV, InN) ¸n ¸n vòng cüc t½m xa (6.2 eV, AlN) [21]. °c bi»t, so vîi c¡c ch§t b¡n d¨n nhâm III-V v II-IV thæng th÷íng, sü ph¥n cüc tü ph¡t v ¡p i»n trong GaN v AlN vîi c§u tróc wuztzite lîn hìn kho£ng m÷íi l¦n [11]. Do â, GaN, AlGaN/GaN, InGaN/GaN, . . . câ thº ÷ñc ùng döng cho transistor ë linh ëng i»n tû cao, transistor hi»u ùng tr÷íng c§u tróc dà ch§t. Còng vîi c¡c c§u tróc dà ch§t, c¡c d¤ng thò h¼nh cõa carbon hi»n nay ang thu hót ÷ñc nhi·u sü quan t¥m. Cho ¸n nhúng n«m giúa th¸ k XX, hai d¤ng thò h¼nh phê bi¸n nh§t cõa carbon trong tü nhi¶n l kim c÷ìng v than ch¼. Than ch¼ ÷ñc ph¡t hi»n ð v÷ìng quèc Anh v o kho£ng n«m 1500 sau Cæng nguy¶n, l mët vªt li»u bao gçm nhi·u lîp nguy¶n tû carbon hai chi·u (2D) ÷ñc sp x¸p trong mët m¤ng löc gi¡c. Do ch¿ câ 2 trong 3 orbitan p t¤o li¶n k¸t v câ mët quÿ ¤o khæng gh²p æi, quÿ ¤o pz . Do â, than ch¼ l mët ch§t d¨n i»n tèt. C§u tróc 2D cõa than ch¼ gåi l graphene l¦n ¦u ÷ñc têng hñp tr¶n b· m°t kim lo¤i v o n«m 1970. B¬ng sü ph¥n t¡ch pha tinh thº niken pha t¤p carbon, Eizenberg v Blakely câ thº t¤o c¡c lîp than ch¼ ìn [22]. D¤ng
4 thò h¼nh ti¸p theo cõa carbon l Buckminster Fullerenes ÷ñc ph¡t hi»n v o n«m 1984 bði Richard Smalley v cëng sü [23]. Ti¸p theo, èng nano carbon mët chi·u ÷ñc Iijima ph¡t hi»n ¦u n«m 1990 [24]. °c iºm chung cõa than ch¼, fullerene v èng nano carbon l sü sp x¸p theo d¤ng löc gi¡c cõa c¡c nguy¶n tû carbon. Tø mët lîp nguy¶n tû carbon li¶n k¸t theo h¼nh löc gi¡c, ng÷íi ta câ thº thu ÷ñc mët trong ba d¤ng thò h¼nh n y: x¸p chçng l¶n nhau º t¤o than ch¼, cuën th nh èng º t¤o th nh èng nano carbon ìn th nh ho°c a th nh hay uèn th nh mët qu£ bâng º t¤o mët fullerene. Nghi¶n cùu chuy¶n s¥u v· graphene, mët vªt li»u hai chi·u (2D) bao gçm c¡c nguy¶n tû carbon trong m¤ng löc gi¡c tu¦n ho n bt ¦u tø n«m 2004 [25]. °c t½nh ¡ng chó þ nh§t cõa graphene, ¥y l lo¤i tinh thº mäng nh§t ÷ñc bi¸t vîi ë cùng cüc lîn, ë n hçi v ë d¨n nhi»t v÷ñt trëi. Vîi c§u tróc hai chi·u v di»n t½ch b· m°t lîn kho£ng 2675 m2 /g, graphene thº hi»n mët sè t½nh ch§t vªt lþ ëc ¡o. Khæng gièng nh÷ tinh thº ba chi·u, t§t c£ c¡c nguy¶n tû trong 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 c¡c t÷ìng t¡c kh¡c nhau. i·u n y t¤o triºn vång lîn cho vi»c thay êi c¡c °c t½nh cõa graphene. Trong nhi·u n«m qua, nhi·u nghi¶n cùu lþ thuy¸t v thüc nghi»m cho graphene ¢ ÷ñc thüc hi»n. Cö thº, vi»c têng hñp graphene ìn lîp, a lîp hay graphene nanoribbon tr¶n ¸ kim lo¤i ¢ ÷ñc thüc hi»n [26, 27, 28]. C¡c t½nh ch§t i»n tû, hâa håc, tø t½nh v i»n hâa cõa graphene công ÷ñc xem x²t [29, 30, 31]. Ngo i ra, vªt li»u düa tr¶n graphene º chuyºn êi n«ng l÷ñng m°t tríi, quang xóc t¡c, i»n cüc pin lithium, i»n tû l÷ñng tû công nh÷ c¡c c£m bi¸n i»n hâa v sinh håc ¢ ÷ñc ph¥n t½ch [32, 33, 34]. M°c dò graphene câ c¡c t½nh ch§t vªt lþ v hâa håc tuy»t víi, tuy nhi¶n graphene l mët vªt li»u khæng câ vòng c§m, g¥y khâ kh«n cho vi»c ùng döng graphene trong transistor hi»u ùng tr÷íng v c¡c thi¸t bà i»n tû kh¡c. º gi£i quy¸t v§n · n y, c¡c vªt li»u hai chi·u kh¡c nhau nh÷ TMDs (transition metal dichalcogenides), GY (graphyne), GDY (graphdiyne),. . . ¢ v ang ÷ñc ph¡t triºn. Nhúng vªt li»u n y câ ë rëng vòng c§m linh ho¤t công nh÷ mët sè t½nh ch§t vªt lþ, hâa håc câ thº ùng döng cho thi¸t bà i»n tû, cæng ngh» hâa håc, cæng ngh» y sinh,... [35, 36, 37, 38].
5 N«m 2015, mët d¤ng thò h¼nh mîi cõa carbon ÷ñc dü o¡n bði Zhang v cëng sü, gåi l penta-graphene. Penta-graphene (PG) thº hi»n sü ên ành cì håc v ëng håc ngay c£ khi nhi»t ë ¤t 1000 K. Th¶m v o â, penta-graphene hai chi·u câ ë rëng vòng c§m trüc ti¸p kho£ng 3.25 eV, cao hìn so vîi c¡c d¤ng thò h¼nh kh¡c cõa carbon [39]. Penta-graphene thº hi»n nhi·u t½nh ch§t i»n, nhi»t v quang ëc ¡o [40, 41]. Nghi¶n cùu v· penta-graphene công cho th§y hydro hâa câ thº l m t«ng ë d¨n nhi»t cõa PG. Vi»c pha t¤p Si, Ge v Sn câ thº l m gi£m ë rëng vòng c§m cõa PG [42], trong khi PG ÷ñc pha t¤p kim lo¤i chuyºn ti¸p câ thº l m t«ng ho°c gi£m ë rëng vòng c§m çng thíi t«ng c÷íng ¡ng kº sü h§p phö hydro [43]. Vîi t l» b· m°t v ë rëng vòng c§m lîn, PG câ lñi cho sü h§p phö cõa c¡c ph¥n tû kh½ [44]. Do nhúng °c t½nh vªt lþ v hâa håc v÷ñt trëi, thíi gian g¦n ¥y PG ¢ ÷ñc nghi¶n cùu thæng qua c¡c t½nh to¡n lþ thuy¸t v cho th§y chóng câ ti·m n«ng to lîn º ¡p döng trong l¾nh vüc i»n tû nano, cì håc nano v ch§t xóc t¡c [45, 46]. Tø penta-graphene, ng÷íi ta câ thº t¤o th nh bèn lo¤i penta-graphene nanoribbon (PGNR) vîi d¤ng bi¶n kh¡c nhau. Kh£o s¡t °c t½nh i»n tû cõa bèn lo¤i PGNR cho th§y, c¡c c§u tróc thº hi»n °c t½nh b¡n d¨n ho°c kim lo¤i. Mët sè cæng tr¼nh ¢ thüc hi»n tªp trung nghi¶n cùu t½nh ch§t i»n tû cõa c¡c c§u tróc PGNR thu¦n, c§u tróc PGNR ÷ñc tæi hâa bi¶n b¬ng c¡c nguy¶n tû kh¡c nhau ho°c nghi¶n cùu tø t½nh cõa c¡c d¤ng PGNR. Düa v o ë d¨n i»n, ng÷íi ta câ thº chia vªt li»u th nh ba lo¤i cì b£n: ch§t d¨n i»n, ch§t b¡n d¨n v ch§t c¡ch i»n. Khi kh£o s¡t °c t½nh cõa vªt li»u, sü d¨n i»n hay rëng hìn l °c t½nh vªn chuyºn i»n tû l mët trong nhúng v§n · quan trång c¦n ÷ñc xem x²t. Lþ thuy¸t vªn chuyºn i»n tû th÷íng ÷ñc x¥y düng tø hai quan iºm l düa tr¶n hi»n t÷ñng khuy¸ch t¡n ho°c düa tr¶n hi»n t÷ñng ¤n ¤o. Ð quan iºm ¦u, dáng i»n ÷ñc t¤o ra khi vªt li»u ÷ñc ¡p tr÷íng, ngh¾a l tr÷íng s³ g¥y ra dáng t÷ìng ùng. Trong khi â, ð mæ h¼nh cán l¤i cho th§y i»n ¡p h¼nh th nh t÷ìng ùng dáng, do â thæng l÷ñng i»n tr÷íng ÷ñc x¡c ành bði c¡c i·u ki»n bi¶n cõa b· m°t m¨u kh£o s¡t, dáng i»n s³ t¤o ra mët i»n tr÷íng khæng çng nh§t trong h». èi vîi c¡c h» theo quan iºm ¦u l§y lþ thuy¸t Drude, h¼nh thùc luªn Kubo v ph÷ìng tr¼nh Boltzmann l m n·n t£ng. C¡c h» trong mæ h¼nh cán l¤i düa tr¶n lþ thuy¸t vªn chuyºn Landauer.
6 Trong mæ h¼nh Drude, c¡c i»n tû khæng t÷ìng t¡c vîi c¡c i»n tû kh¡c ho°c vîi m¤ng tinh thº, gi£ thi¸t n y phò hñp vîi ph¦n lîn kim lo¤i. Mæ h¼nh Drude công cho r¬ng c¡c i»n tû câ thº câ vªn tèc b§t ký, do â câ thº câ n«ng l÷ñng b§t ký. i·u n y khæng phò hñp vîi quan iºm l÷ñng tû khi n«ng l÷ñng câ c¡c gi¡ trà x¡c ành v gi¡n o¤n. Công theo mæ h¼nh n y, t§t c£ c¡c i»n tû câ trong vªt d¨n ·u âng gâp v o sü d¨n i»n nh÷ng thüc t¸ ch¿ câ mët sè i»n tû ð c¡c lîp vä i»n tû tham gia v o sü d¨n i»n. Ngo i ra, theo mæ h¼nh tr¶n, kh½ i»n tû tu¥n theo ph¥n bè thèng k¶ Maxwell Boltzmann t÷ìng ùng nh÷ kh½ lþ t÷ðng, trong khi â vîi mæ h¼nh thüc i»n tû câ t÷ìng t¡c v tu¥n theo ph¥n bè Fermi Dirac. Trong mæ h¼nh Drude, c¡c i»n tû træi dåc theo ÷íng sùc vîi vªn tèc træi húu h¤n v i»n tû bà tên hao xung l÷ñng do va ch¤m vîi t¤p ch§t, sai häng m¤ng, dao ëng m¤ng, . . . Kho£ng c¡ch v thíi gian trung b¼nh giúa c¡c l¦n va ch¤m ÷ñc gåi l qu¢ng ÷íng tü do trung b¼nh v thíi gian tü do trung b¼nh cõa c¡c i»n tû. ë d¨n hay h» sè t l» ch½nh ÷ñc x¡c ành bði cæng thùc: ne2 τ σ= m vîi n l sè i»n tû trong mët ìn và thº t½ch, e l i»n t½ch cõa electron, τ l thíi gian hçi phöc v m l khèi l÷ñng electron. Theo mæ h¼nh Drude, khi nhi»t ë t«ng, c¡c nguy¶n tû trong vªt d¨n chuyºn ëng m¤nh hìn, l m gi£m τ , k¸t qu£ l theo cæng thùc tr¶n ë d¨n gi£m v i»n trð t«ng. Vi»c t«ng dáng qua vªt d¨n công l m t«ng sè va ch¤m b¶n trong vªt d¨n, do â nhi»t ë vªt d¨n t«ng. Vîi mæ h¼nh n y, ÷íng °c tr÷ng dáng i»n ¡p khæng tuy¸n t½nh. iºm h¤n ch¸ cõa mæ h¼nh Drude l khæng gi£i th½ch ÷ñc i»n trð Hall cõa kim lo¤i phö thuëc v o tø tr÷íng. Lþ thuy¸t Sommerfeld mæ t£ t½nh ch§t l÷ñng tû cho i»n tû d¨n, vîi gi£ thi¸t c¡c i»n tû d¨n khæng t÷ìng t¡c hay kh½ i»n tû tü do tu¥n theo ph¥n bè Fermi Dirac. Lþ thuy¸t Sommerfeld x¡c ành sè i»n tû Fermi cõa kim lo¤i v cho th§y, ë d¨n khæng ch¿ phö thuëc v o sè i»n tû câ trong vªt d¨n m cán phö thuëc v o c¡c y¸u tè kh¡c. V¼ vªy, mæ h¼nh i»n tû g¦n tü do vîi c¡c cì ch¸ t¡n x¤ £nh h÷ðng ¸n ë d¨n c¦n ÷ñc xem x²t.
7 Trong mæ h¼nh i»n tû g¦n tü do, c¡c i»n tû d¨n ð trong mët tr÷íng th¸ tu¦n ho n. H m sâng cõa i»n tû trong m¤ng tinh thº câ d¤ng tu¦n ho n v l chçng chªp tuy¸n t½nh cõa c¡c sâng ph¯ng. Vªy, mët tinh thº lþ t÷ðng vîi tr÷íng th¸ tu¦n ho n lþ t÷ðng s³ khæng g¥y c£n trð dáng i»n hay khæng câ i»n trð. Ng÷ñc l¤i, mët tinh thº bà nhi¹u lo¤n t½nh tu¦n ho n g¥y ra t¡n x¤ i»n tû d¨n s³ g¥y ra i»n trð. Cö thº, c¡c sai häng tinh thº nh÷ khuy¸t, trèng i»n tû, sü câ m°t cõa c¡c nguy¶n tû t¤p,. . . hay c¡c dao ëng m¤ng tinh thº l m nguy¶n tû x¶ dàch khäi và tr½ c¥n b¬ng v ph¡ vï t½nh tu¦n ho n l hai trong nhúng nguçn iºn h¼nh g¥y ra t¡n x¤ cho i»n tû d¨n. Trong mæ h¼nh i»n tû g¦n tü do, ng÷íi ta sû döng kh¡i ni»m khèi l÷ñng hi»u döng l khèi l÷ñng cõa i»n tû xu§t hi»n khi câ t¡c döng cõa tr÷íng ngo i. Sü vªn chuyºn i»n tû chàu £nh h÷ðng cõa khèi l÷ñng hi»u döng v tr÷íng ngo i. N¸u ë linh ëng c ng cao, i»n tû d¨n li¶n k¸t vîi tr÷íng tinh thº c ng y¸u, i»n tû chuyºn ëng c ng nhanh. ¥y l cì sð º t¤o ra c¡c linh ki»n hay m¤ch i»n tû tèc ë cao v r§t cao: chuyºn tr¤ng th¡i nhanh v si¶u nhanh. º n¥ng cao tèc ë xû lþ cõa linh ki»n, ta c¦n t«ng ë linh ëng cõa h¤t t£i v gi£m kho£ng c¡ch truy·n dáng i»n. Do i»n tû di chuyºn quanh c¡c m¤ch i»n vîi vªn tèc træi kho£ng 105 m/s, vîi thíi gian truy·n i»n tû 0.1 ns khi dàch chuyºn giúa hai transistor g¦n nhau nh§t kho£ng 1 µm, dáng s³ bà h¤n ch¸ khi xû lþ vîi tèc ë kho£ng 10 GHz. Qu¢ng ÷íng hi»u döng cõa dáng i»n trong mët transistor ÷ñc °c tr÷ng b¬ng chi·u d i k¶nh L ð ph½a d÷îi cüc cêng, thæng th÷íng gi¡ trà n y kho£ng 180 nm. So vîi c¡c thæng sè °c tr÷ng cõa i»n tû: qu¢ng ÷íng tü do trung b¼nh (l), ë d i k¸t hñp pha (lco ), ... câ thº mæ t£ dáng nh÷ l sü khuy¸ch t¡n thæng qua ph÷ìng tr¼nh chuyºn ëng Boltzman. Khi k½ch th÷îc linh ki»n c ng nhä sao cho sü vªn chuyºn i»n tû khæng lîn hìn chi·u d i khu¸ch t¡n (kho£ng v i chöc nm), i»n tû s³ vªn chuyºn kiºu ¤n ¤o, ë d i k¸t hñp pha t«ng l¶n. Khi â, khæng thº ¡p döng ÷ñc ph÷ìng tr¼nh chuyºn ëng Boltzman, m ÷ñc mæ t£ qua cæng thùc Landauer-B uttiker, trong â kh£o s¡t sü d¨n i»n cõa c¡c i»n tû b¬ng x¡c su§t truy·n qua l÷ñng tû. Ð chi·u d i k¶nh kho£ng v i chöc nano m²t, °c tr÷ng I(V) cõa linh ki»n r§t phùc t¤p do sü k¸t hñp pha cõa i»n tû g¥y n¶n c¡c hi»u ùng giao thoa l÷ñng tû v sü th«ng gi¡ng ë d¨n,