LUN VN TT NGHIP
 TÀI: “Cht bán dn Graphene”
GVHD: Tr
TrTr
Trng Minh
ng Minh ng Minh
ng Minh c
cc
c
SVTH: Lê Th
B
BB
Bích Li
ch Lich Li
ch Liên
Đề tài: Chất bán dẫn Graphene
GVHD: Trương Minh Đức SVTH: Lê Thị Bích Liên
1
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................4
1. Lý do chọn đề tài.................................................................................4
2. Mục đích nghiên cứu...........................................................................6
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ..........................................................................6
4. Đối tượng nghiên cứu..........................................................................7
5. Phạm vi nghiên cứu.............................................................................7
6. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................7
NỘI DUNG....................................................................................................8
Chương 1: Cơ sở lý thuyết............................................................................8
1.1. Mạng tinh thể của vật rắn...............................................................8
1.1.1. Mạng tinh thể lý tưởng......................................................8
1.1.2. Ô sơ cấp (ô cơ sở) .............................................................8
1.1.3. Phân loại các loại mạng tinh thể........................................9
1.1.4. Sai hỏng mạng trong mạng tinh thể thực tế .....................12
1.2. Lý thuyết vùng năng lượng của vật rắn ........................................12
1.3. Cấu trúc graphite (than chì).......................................................... 15
1.4. Cấu trúc màng mỏng .................................................................... 16
1.5. Hiệu ứng Hall lượng tử ................................................................ 17
1.5.1. Hiệu ứng Hall..................................................................17
1.5.2. Hiệu ứng Hall lượng tử ...................................................19
Chương 2: Sơ lược về chất bán dẫn...........................................................21
2.1. Khái niệm ....................................................................................21
2.2. Cấu trúc miền năng lượng của chất bán dẫn .................................21
2.3. Các loại bán dẫn...........................................................................22
2.3.1. Bán dẫn thuần .................................................................22
Đề tài: Chất bán dẫn Graphene
GVHD: Trương Minh Đức SVTH: Lê Thị Bích Liên
2
2.3.2. Bán dẫn pha tạp chất ....................................................... 23
Chương 3: Chất bán dẫn Graphene ..........................................................25
3.1. Khái niệm Graphene ....................................................................25
3.2. Lịch sử ra đời Graphene...............................................................25
3.3. Tính chất của Graphene...............................................................30
3.3.1. Graphene là vật liệu mỏng nhất trong tất cả các vật liệu..30
3.3.2. Graphene có tính dẫn điện và nhiệt tốt ............................30
3.3.3. Độ bền của Graphene......................................................30
3.3.4. Graphene cứng hơn cả kim cương................................... 31
3.3.5. Graphene hoàn toàn không để cho không khí lọt qua ......32
3.3.6. Graphene dễ chế tạo và dễ thay đổi hình dạng.................32
3.3.7. Hiệu ứng Hall lượng tử trong Graphene .......................... 32
3.3.8. Chuyển động của điện tử trong Graphene........................ 34
3.4. Phân loại Graphene .....................................................................35
3.4.1. Graphene đơn..................................................................35
3.4.2. Graphene kép ..................................................................36
3.4.2.1. Cấu tạo...............................................................36
3.4.2.2. Tính chất đặc biệt- độ rộng vùng cấm thay đổi... 37
3.4.3. Graphene mọc ghép đa lớp (MEG)..................................41
3.5. Ưu điểm và nhược điểm của chất bán dẫn Graphene...................42
3.5.1. Ưu điểm của chất bán dẫn Graphene ............................... 42
3.5.2. Nhược điểm của chất bán dẫn Graphene .........................42
3.6. Các phương pháp chế tạo Graphene ............................................43
3.6.1. Phương pháp chemical exfoliation ..................................43
3.6.2. Phương pháp micromechanical cleavage.........................43
3.6.3. Phương pháp băng keo Scotch ........................................44
3.6.4. Ma sát các cột graphite lên bề mặt silicon xốp ................44
Đề tài: Chất bán dẫn Graphene
GVHD: Trương Minh Đức SVTH: Lê Thị Bích Liên
3
3.6.5. Cho các phân tử hydrocacbon đi qua bề mặt iridi............45
3.6.6. Phương pháp tổng hợp graphene trên diện tích lớn..........45
3.6.7. Kết hợp siêu âm tách lớp và ly tâm. ................................45
3.6.8. Phương pháp bóc tách .....................................................45
3.6.9. Gắn kết dương cực trên nền thủy tinh..............................46
3.6.10. Chế tạo graphene trong một lóe sáng đèn flash..............47
3.7. Ứng dụng Graphene....................................................................48
3.7.1. Dây dẫn và điện cực trong suốt .......................................48
3.7.2. FET graphene..................................................................49
3.7.3. Chíp máy tính..................................................................50
3.7.4. Màn hình ti vi cảm ứng ................................................... 51
3.7.5. Chất phụ gia trong dung dịch khoan................................ 52
3.7.6. Làm đế cho các mẫu nghiên cứu trong kính hiển vi điện tử
truyền qua (TEM) .....................................................................53
KẾT LUẬN .................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................57
Đề tài: Chất bán dẫn Graphene
GVHD: Trương Minh Đức SVTH: Lê Thị Bích Liên
4
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nền khoa học công nghệ trên thế giới đang phát triển một cách nhanh
chóng nhất là các nước phát triển như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Nga. Sự phát triển
của khoa học công nghệ đã đem lại những diện mạo mới cho cuộc sống con
người và công nghệ điện tử viễn thông. Hiện nay trên thế giới đang hình thành
một khoa học và công nghệ mới, có nhiều triển vọng và dự đoán sẽ có tác
động mạnh mẽ đến tất cả các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật cũng như
đời sống kinh tế- xã hội của thế kỷ 21. Đó là khoa học và công nghệ nano.
Hiện nay, công nghệ điện tử truyền thống đang tiến đến những giới hạn cuối
cùng của kích thước thang vi mô, khoa học công nghệ nano ra đời mở ra
hướng nghiên cứu mới cho ngành điện tử với những linh kiện mới với kích
thước nano. Theo dõi sự phát triển của khoa học công nghệ, vào cuối mỗi
năm, tạp chí ScienceMag (Mỹ) đều điểm lại những sự kiện khoa học của thế
giới trong năm và chọn ra 10 sự kiện nổi bật nhất, đặc biệt là chọn ra một sự
kiện lớn nhất được gọi là Bước đột phá của năm. Theo tạp chí bước đột phá
khoa học của năm 2009 là việc các nhà khoa học quốc tế phát hiện một bộ
xương có niên đại 4,4 triệu năm tại Ethiopia, các sự kiện còn lại thuộc các lĩnh
vực: Vật lý, khám phá vũ trụ, y học, liệu pháp gen
và vật liệu graphene. Tâm điểm của lĩnh vực công
nghệ vật liệu trong thập kỷ 2000 - 2009 xoay quanh
những nghiên cứu về hai trạng thái mới của cacbon,
đó là, ống nano cacbon và graphene. Kể từ khi được
phát hiện và nghiên cứu vào đầu những năm 90 của thế kỷ trước, các nhà khoa
học đã từng nhận định rằng, có vẻ như không có gì mà ống nano cacbon
không thể làm được. Sự đóng góp của ống nano cacbon trong các ngành công
nghiệp mũi nhọn hiện nay là khá phong phú, từ điện tử, động cơ siêu nhỏ, tới
Hình 1: Màng Graphene