Thạc Sĩ điện trở của khí điện tử giả hai chiều trong giếng lượng tử GaP/AlP/GaP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
Năm 2011


Mục lục

Danh sách hình vẽ
MỞ ĐẦU
1
Chương 1 – Lý thuyết vận chuyển cổ điển của Drude 4
Chương 2 – Đặc tính của khí điện tử hai chiều 7
2.1. Giếng thế lượng tử 7
2.2. Mật độ trạng thái 10
2.3. Mật độ electron trong từ trường và nhiệt độ 13
2.4. Thời gian tán xạ và thời gian hồi phục 15
2.5. Hiệu ứng màn chắn và hàm điện môi 17
2.6. Các cơ chế tán xạ
24
Chương 3 – Độ linh động và điện trở suất của khí điện tử hai chiều 29
3.1. Lý thuyết tổng quát 29
3.2. Kết quả giải số 30
3.2.1. Tán xạ bề mặt nhám 30
3.2.2. Tán xạ tạp chất ion 33
3.3. Kết luận 39
Phụ lục 40
Tài liệu tham khảo 43

MỞ ĐẦU

Các cấu trúc với khí điện tử hai chiều đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong vài thập kỷ gần đây và chúng đã mang lại những sự thay đổi lớn lao trong các ứng dụng vào công nghệ điện tử [1-9]. Nguyên nhân chính là do hệ khí điện tử hai chiều có một loạt các tính chất khác với hệ điện tử và lỗ trống ba chiều thông thường mà chính sự khác biệt đó sẽ chứa trong nó những khả năng đột phá và ứng dụng mạnh mẽ về công nghệ linh kiện điện tử. Trong thời đại ngày nay do nhiều yêu cầu khác nhau trong khoa học và thực tiễn cuộc sống như tốc độ xử lý thông tin, truyền tin, truyền thông, các diod phát quang (LEDs) mà các vật liệu bán dẫn có tốc độ cao đã được quan tâm nghiên cứu rất nhiều, trong đó các đại lượng vật lý như độ linh động, điện trở, thời gian hồi phục, các quá trình tán xạ của điện tử đóng vai trò rất quan trọng, vì các đại lượng này quyết định đến tốc độ của linh kiện điện tử. Ta biết rằng độ linh động và điện trở phụ thuộc vào các cơ chế tán xạ của hạt tải như tán xạ tạp chất ion hóa, bề mặt nhám, mất trật tự hợp kim, phonon, Tùy theo loại vật liệu, cấu trúc, nhiệt độ, tạp chất mà vai trò của các cơ chế tán xạ có thể khác nhau. Các công trình nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào trường hợp nhiệt độ và từ trường bằng không. Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các nhà nghiên cứu đã thực hiện được thí nghiệm với các cơ chế tán xạ trong nhiều điều kiện khác nhau, mà mục đích chủ yếu là nhằm tìm cách gia tăng độ linh động của hạt tải, tức là gia tăng tốc độ của các linh kiện. Trong một số công trình nghiên cứu gần đây, người ta đã nghiên cứu các cơ chế tán xạ khi có mặt của từ trường và thấy rằng các hiệu ứng vật lý mới đã xuất hiện hết sức thú vị, sự xuất hiện của các hiệu ứng này chủ yếu xuất phát từ sự phân cực spin của electron trong từ trường, hay hiệu ứng Zeemann [10-14]. Mục đích chính của các thí nghiệm này là sử dụng từ trường để tạo ra dòng điện tử phân cực spin trong các vật liệu bán dẫn, từ đó khảo sát sự ảnh hưởng của spin điện tử lên độ linh động cũng như điện trở của vật liệu.


Các vật liệu bán dẫn được tập trung nghiên cứu chủ yếu là các bán dẫn có cấu trúc dị thể với giếng thế lượng tử và siêu mạng (superlattice), khác với các chất bán dẫn có sẵn trong tự nhiên như Si, Ge, GaAs là những cấu trúc tuần hoàn, các siêu mạng không tồn tại trong tự nhiên và có cấu trúc với phân bố thành phần tùy ý, các siêu mạng được chế tạo bằng kỹ thuật nuôi cấy tinh thể, epitaxy bằng chùm phân tử ( MBE ). Đi cùng cấu trúc dị thể với giếng thế lượng tử và siêu mạng là các hiện tượng như: khí điện tử hai chiều, hàm mật độ trạng thái như hàm bước nhảy, cộng hưởng xuyên ngầm, sự tồn tại của các exciton ở nhiệt độ phòng, hiệu ứng Hall lượng tử,
Trong luận văn này, chúng tôi tập trung nghiên cứu độ linh động và điện trở của các điện tử trong giếng lượng tử phân bố mật độ trạng thái và mật độ electron theo nhiệt độ và từ trường của khí điện tử hai chiều.
Chương 3: Trình bày thời gian hồi phục, hiệu ứng chắn và hàm điện môi của khí điện tử hai chiều.
Chương 4: Trình bày các cơ chế tán xạ bề mặt nhám và tán xạ tạp chất ion hóa ( pha tạp xa trong hai trường hợp là các tạp chất bên ngoài giếng và các tạp chất tại tâm giếng lượng tử).
Chương 5: Các kết quả khảo sát từ lập trình C cho độ linh động, tỉ số thời gian tán xạ và thời gian hồi phục, tỉ số điện trở suất theo mật độ, nhiệt độ và từ trường, so sánh kết quả tính được với kết quả của A.Gold và G.Marty ( Phys. Rev. B76 165309 ).