Luận án Tiến sĩ: Tính chất điện tử và các đặc trưng tiếp xúc trong cấu trúc xếp lớp van der Waals dựa trên MA2Z4(M = kim loại chuyển tiếp; A = Si, Ge; Z = N, P)

Luận án này tập trung nghiên cứu tính cấp thiết của việc phát triển vật liệu mới cho các thiết bị điện tử hiệu suất cao. Trong bối cảnh đó, vật liệu bán dẫn hai chiều và các dị cấu trúc van der Waals (vdW) được xem là giải pháp tiềm năng nhờ kích thước siêu nhỏ, tính linh hoạt và khả năng tùy chỉnh tính chất điện tử. Đặc biệt, luận án đi sâu vào họ vật liệu MA2Z4 (M = kim loại chuyển tiếp; A = Si, Ge; Z = N, P), một nhóm vật liệu 2D mới được tổng hợp gần đây, với mục tiêu khám phá các tính chất điện tử và đặc trưng tiếp xúc của chúng trong cấu trúc xếp lớp vdW.

Luận án này hướng đến các nhà khoa học, nghiên cứu sinh và kỹ sư trong lĩnh vực vật lý lý thuyết, vật liệu học, điện tử học nano và công nghệ bán dẫn, cung cấp những hiểu biết sâu sắc về các tính chất điện tử và đặc trưng tiếp xúc của vật liệu hai chiều và dị cấu trúc van der Waals, nhằm hỗ trợ thiết kế và phát triển các thiết bị điện tử tiên tiến.

Luận án tiến sĩ này cung cấp một nghiên cứu toàn diện về tính chất điện tử và các đặc trưng tiếp xúc trong các dị cấu trúc van der Waals (vdW) được hình thành từ họ vật liệu hai chiều MA2Z4 (M = kim loại chuyển tiếp; A = Si, Ge; Z = N, P) kết hợp với các vật liệu kim loại và bán dẫn khác. Sử dụng phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT), nghiên cứu đã chứng minh rằng các cấu trúc dị thể kim loại-bán dẫn (như MoSH/MoSi2N4, GR/MoGeSiN4) và bán dẫn-bán dẫn (như BP/MoGe2N4, C3N4/MoSi2N4) có tính bền vững cao về mặt động học và cơ học, cho thấy khả năng tổng hợp thực nghiệm của chúng. Các phát hiện chính bao gồm khả năng điều chỉnh loại tiếp xúc Schottky trong dị cấu trúc kim loại-bán dẫn thông qua việc thay đổi kiểu xếp chồng, với ví dụ điển hình là MoSH/MoSi2N4 hình thành rào thế Schottky rất nhỏ, phù hợp cho linh kiện điện tử thế hệ mới. Đối với các dị cấu trúc bán dẫn-bán dẫn, nghiên cứu chỉ ra sự hình thành tiếp xúc loại II, có lợi cho ứng dụng quang xúc tác và pin mặt trời nhờ khả năng phân tách điện tích hiệu quả và giảm tái hợp điện tử-lỗ trống. Đồng thời, sự hình thành các cấu trúc này còn giúp giảm độ rộng vùng cấm và tăng cường hệ số hấp thụ, nâng cao độ linh động của điện tử so với vật liệu 2D riêng lẻ. Một đóng góp quan trọng khác là việc khảo sát ảnh hưởng của điện trường ngoài và biến dạng cơ học lên tính chất điện tử và hiệu ứng tiếp xúc. Kết quả cho thấy các yếu tố này không chỉ thay đổi chiều cao rào thế tiếp xúc mà còn có thể gây ra sự chuyển đổi loại tiếp xúc (từ Schottky sang Ohmic hoặc giữa các loại Schottky khác nhau) và chuyển tiếp dị thể (từ loại I sang loại II hoặc chuyển tiếp bán dẫn-kim loại). Tính linh hoạt trong điều chỉnh này mở ra tiềm năng lớn cho việc thiết kế các linh kiện điện tử và quang điện tử hiệu năng cao, tiết kiệm năng lượng, vượt ra ngoài giới hạn của công nghệ silicon truyền thống. Luận án góp phần làm sâu sắc hiểu biết về các vật liệu 2D và định hướng nghiên cứu, phát triển vật liệu mới cho các ứng dụng công nghệ tương lai.