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 PENTAGRAPHENE 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 CƠNG 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 PENTAGRAPHENE 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


LÕI CƒM ÌN
º ho n th nh luªn ¡n n y, tấi  nhên ềc rĐt nhiÃu sá gip ễ, hẩ
trề v ẻng viản ca qu ThƯy Cấ, ng nghiằp, bÔn b v ngèi thƠn.
Trểc tiản, tấi xin gi lèi tri Ơn sƠu sc nhĐt án GS.TS. o n Nhêt Quang
v PGS.TS. Nguyạn Th nh Tiản. Trong suật quĂ trẳnh thác hiằn luên Ăn, ngo i
sá hểng dăn tên tẳnh trong cấng tĂc chuyản mấn, cĂc ThƯy cÃn l nhng ngèi
Ưu tiản gip tấi thc ềc vai trà ca viằc nghiản cu, bểc Ưu

l m quen v c thc l m viằc ẻc lêp, l m viằc nhm cng nh tá hẳnh th nh
nhng nh hểng nghiản cu hẩ trề cấng tĂc giÊng dÔy trong nh trèng.
Xin ềc gi lèi cÊm ẽn án PGS.TS. Lả TuĐn, PGS.TS. inh Nh ThÊo
v cĂc bÔn hc viản cao hc cng nhm nghiản cu tÔi trèng Ôi hc CƯn Thẽ
 cng cẻng tĂc trong cĂc cấng trẳnh nghiản cu khoa hc thèi gian qua.

TÊi cÙng xin g˚i lÌi c£m Ïn ¸n qu˛ ThƯy Cấ giÊng dÔy v cấng tĂc tÔi
Viằn Vêt l, HÂc vi»n Khoa hÂc v CÊng ngh» Vi»t Nam ¢ truy·n thˆ ki¸n
th˘c v hÈ trỊ cÊng t¡c hÂc vˆ cho tÊi trong st thÌi gian th¸c hi»n · t i.

Xin chƠn th nh cÊm ẽn qu ThƯy Cấ cấng tĂc tÔi Khoa Khoa hc
Tá nhiản v cĂc phÃng ban chc nông trèng Ôi hc CƯn Thẽ Â tÔo mi i·u
ki»n º tÊi ho n th nh vi»c hÂc tªp v nghiản cu trong cĂc nôm qua.

Cuậi cng, xin gi lèi tri Ơn án bÔn b v ngèi thƠn, nhng ngèi luấn
hẩ trề v ẻng viản tấi vềt qua nhng kh khôn ho n th nh luên Ăn n y.

H

Nẻi, ng y 10 thĂng 12 nôm 2020

PhÔm Th Bẵch Th£o


LÕI CAM OAN
TÊi xin cam oan cÊng tr¼nh n y ềc tấi thác hiằn dểi sá hểng
dăn ca GS.TS. o n Nhêt Quang, PGS.TS. Nguyạn Th nh Tiản v cĂc nẻi
dung liản quan cha ềc cấng bậ trong bĐt k luên Ăn n o. C th, chẽng 1
l phƯn lềc khÊo t i liằu vêt liằu phƠn các v Ênh h ng ca iằn tẵch phƠn
các lản hiằn tềng vên chuyºn i»n t˚. Ch˜Ïng 2 v 3 l k¸t qu£ nghiản cu vÃ
hiằn tềng giam cƯm lềng t v vên chuyn iằn t trong cĐu trc thĐp chiÃu
ềc tấi thác hiằn cng hai thƯy hểng dăn GS.TS. o n Nhêt Quang,
PGS.TS. Nguyạn Th nh Tiản v cẻng sá PGS.TS. inh Nh ThÊo. Cuậi
cng, cĂc kát quÊ và nghiản cu hiằn tềng vên chuyn iằn t trong pentagraphene nanoribbon thuƯn v pha tÔp bơng l thuyát phiám h m mêt ẻ ềc
tấi thác hiằn cng PGS.TS. Nguyạn Th nh Tiản, ThS. V Trung Phc v
GS. Rajeev Ahuja, Ôi hc Uppsala, Thy in.

H

Nẻi, ng y 10 thĂng 12 nôm 2020

PhÔm Th Bẵch Th£o

i

Mc lc
Danh mc cĂc ch viát tt
Danh sĂch hẳnh v
Danh sĂch bÊng
PhƯn m Ưu
Chẽng 1 Tng quan và vêt liằu nghiản cu

1.1 CĐu trc d chĐt AlGaN/GaN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.2 Vªt li»u graphene v penta-graphene . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.3 Transistor ẻ linh ẻng iằn t cao dáa trản AlGaN/GaN v
transistor hiằu ng trèng dáa trản graphene . . . . . . . . . . . .


Chẽng 2 PhƠn bậ iằn t trong cĐu trc
d chĐt phƠn các AlGaN/GaN

2.1

H m sng bián phƠn cho cĐu tr

2.2

CĂc thá giam gi iằn t trong cĐu
iÃu bián . . . . . . . . . . . . . . .

2.3

Tng nông lềng ng vểi mẻt ele

2.4

Kát quÊ tẵnh sậ v thÊo luên

Chẽng 3 Hiằn tềng vên chuyn iằn t
trong cĐu trc d chĐt phƠn các AlGaN/GaN

3.1

Kát quÊ giÊi tẵch . . . . . . .

3.2

Kát quÊ tẵnh sậ v thÊo luên
3.2.1
3.2.2

Chẽng 4 Hiằn tềng vên chuyn iằn t trong penta-graphene
nanoribbon dÔng biản rông ca pha tÔp

4.1

c tẵnh cĐu trc . . . . . . .

4.2

c tẵnh vên chuyn iằn t .

PhƯn kát luên
Danh sĂch cấng bË cıa t¡c gi£
T i li»u tham kh£o


iii

Danh mửc cĂc t vit tt
Tản
Kh iằn tò hai chiãu (two-dimensional electron gas)
Armchair penta-graphene nanoribbon
H m tü t÷ìng quan (Autocorrelation function)
M§t tr“t tü hỉp kim (Alloy disorder)
Armchair graphene nanoribbon
Nh¡m r o (Barrier roughness)
NhĂm kt hổp (Combined roughness)
Lỵ thuyt phim h m m“t º (Density functional theory)
M“t º tr⁄ng th¡i (Density of state)
Transistor hi»u øng tr÷íng (Field effect transistor)
Transistor hi»u øng tr÷íng graphene (Graphene field effect
transistor)
Graphene nanoribbon
Transistor º linh ºng i»n tò cao (High electron mobility
transistor)

Transistor hiằu ứng trữớng cĐu trúc dà ch§t (Heterojunction
field effect transistor)
C§u tróc dà ch§t (Heterostructure)
iŁt ph¡t quang (Light Emitting Diode)
M“t º tr⁄ng th¡i ri¶ng (Partial density of state)
Penta-graphene
Penta-graphene nanoribbon


NhĂm phƠn cỹc (Polarization roughness)
Ging lữổng tò (Quantum well)
Sawtooth penta-graphene nanoribbon
Zigzag-armchair penta-graphene nanoribbon
Zigzag graphene nanoribbon
Zigzag penta-graphene nanoribbon


iv

Danh sĂch hẳnh v

1.1 Sá sp xáp nguyản t trản mt Ga v N ca tinh th
tản ch hểng phƠn c¸c t¸ ph¡t [11]. . . . . . . . .

1.2 GiÊn vng v sá hẳnh th nh kh½ i»n t˚ hai chi·u
AlGaN/GaN [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3 Sá thay i mêt Î kh½ i»n t˚ hai chi·u theo th nh p
b· d y AlGaN [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4 Mẻt sậ cĐu trc ca carbon. . . . . . . . . . . . . .

1.5 Sá hẳnh th nh cĂc cĐu trc carbon t graphite. .

1.6 CĐu trc graphene v hai dÔng graphene nanoribb
armchair. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.7 a) V‡ tr½ pha tÔp B trong AGNR, b) Pha tÔp N tro
Pha tÔp B-N trong AGNR, d) Mấ hẳnh thiát b ca
tÔp B, N hoc ng pha tÔp B-N [86]. . . . . . . . .
1.8 a) C§u trÛc vÚng ca AGNR thuƯn v AGNR pha tÔp B cĂc
v trẵ kh¡c nhau, b) PhÍ I-V cıa AGNR thu¦n v AGNR pha tÔp B

v trẵ P4 v P6 tẽng ng trong h¼nh 1.7 [86]. . . . . . . . . . . . 28

1.9 a) C§u trÛc vÚng cıa AGNR thuƯn v AGNR pha tÔp B-N kát
hềp cĂc v trẵ khĂc nhau, b) Ph I-V ca AGNR thuƯn v AGNR
pha tÔp B-Nv trẵ P1 [86]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28


1.10

a) Sẽ cĐu trc nguyản t ca 8-ZGNR v 4 v t
khĂc nhau, b) Mấ hẳnh thiát b ca 8-ZGNR ˜
hydro [87]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.11

C§u trÛc vÚng cıa ZGNR pha tÔp B 4 v trẵ
c, d) v ZGNR thuƯn (e) [87]. . . . . . . . . . .

1.12

CĐu trc vng ca ZGNR pha tÔp N 4 v trẵ
c, d) v ZGNR thuƯn (e) [87]. . . . . . . . . . .

1.13

C§u trÛc penta-graphene [39]. . . . . . . . . .

1.14

C¡c c§u trc penta-graphene nanoribbon [53].

1.15

Sẽ vng hẳnh th nh tÔi tiáp giĂp cho mẻt HE

1.16

Mấ hẳnh HEMT GaN. . . . . . . . . . . . . . .

1.17

Mấ hẳnh transistor hiằu ng trèng dáa trản gra

2.1 Mấ hẳnh pha tÔp iÃu bián trong cĐu trc d chĐt phƠn các AlGaN/GaN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2

H m s‚ng (a) v cĂc thá giam cƯm (b) trong cĐ
phƠn các AlGaN/GaN vểi mêt ẻ 2DEG ns = 5
ẻ donor NI = 5

10

18

10

A, khoÊng cĂch t 2DEG án tÔp Ls = 70 A khi mêt ẻ

phƠn các lƯn lềt l
k hiằu tẽng ˘ng a, b v c. ˜Ìng li·n n²t v ˘
mÊ hẳnh r o hu hÔn v
2.3

H m sng trong cĐu trc d chĐt phƠn các AlGa
lềng Al trong hềp kim x = 0:3, mêt ẻ donor NI
mêt ẻ iằn tẵch phƠn các
tÔp Ld = 150 A v

=e = 10

13

cm 2, kẵch thểc p

mêt ẻ 2DEG lƯn lềt l
hiằu tẽng ng a, b v c. ˜Ìng li·n n²t v ˘t n²t


hẳnh r o hu hÔn v mấ hẳnh r o vấ hÔn. .

vi

2.4 Hẳnh (a), h m sng trong cĐu trc d chĐt phƠn các AlGaN/GaN
vểi h m lềng Al trong hềp kim

x = 0:3,

mêt ẻ 2DEG

ns = 5 1012 cm 2,

kẵch thểc phƠn bậ tÔp Ld = 150 A, khoÊng cĂch t 2DEG án tÔp
18,
Ls = 70 A khi mêt ẻ donor l¦n l˜Ịt l NI = 10
5 1018 v 1019 cm 3, ˜Òc k˛
hi»u t˜Ïng ˘ng a, b v c. Hẳnh (b),

h m sng trong cĐu trc d chĐt phƠn c¸c AlGaN/GaN vĨi h
m

cm ,

2
l˜Ịng Al trong hỊp kim x = 0:3, mêt ẻ 2DEG ns = 1013
kẵch thểc phƠn bậ tÔp Ld = 150 A, mêt ẻ donor NI = 5 1018
3 khi kho£ng c¡ch
cm

A v 150 A ˜Òc k˛ hi»u t˜Ïng ˘ng a, b v c. ˜Ìng li·n n²t v

˘t n²t ˘ng vĨi mÊ h¼nh r o h˙u hÔn v mấ hẳnh r o vấ hÔn. . .
3.1 ẻ linh ẻng khi xt tĂn xÔ bĐt trêt tá hềp kim (AD), tĂn xÔ
nhĂm kát hềp (CR) v tng cĂc tĂn xÔ (Tot) theo mêt ẻ iằn
tẵch phƠn các =e trong cĐu trc d chĐt phƠn các pha tÔp iÃu
bián AlGaN/GaN khi biản ẻ nhĂm = 3 A v
quan = 70 A. Á th‡ nh‰ k±m theo mÊ t£ h m sng ca cĐu
trc d chĐt phƠn các AlGaN/GaN khi mêt ẻ 2DEG ns = 5

10

cm

2

Ld

c ng vểi giĂ tr mêt ẻ iằn tẵch phƠn các

=e

=5

10

12

,

12

, mêt ẻ donor NI =

= 150 A v
13

10

,

5 1013 cm 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Ỵ linh ẻng khi xt tĂn xÔ bĐt trêt tá hềp kim (AD), tĂn xÔ
nhĂm kát hềp (CR) v tng cĂc tĂn xÔ (Tot) theo mêt ẻ donor
trong cĐu trc d chĐt phƠn các pha tÔp iÃu bián AlGaN/GaN
cm 2, kẵch
vểi h m lềng Al x = 0:3, mêt ẻ 2DEG ns = 5 1012
thểc phƠn bậ tÔp Ld = 150 A v khoÊng cĂch t tÔp án 2DEG Ls =
70 A khi biản ẻ nhĂm = 3 A v ẻ d i t˜Ïng quan = 70
NI

A. Á th‡ nh‰ k±m theo mấ tÊ h m sng ca cĐu trc d chĐt
phƠn các AlGaN/GaN khi mêt ẻ 2DEG ns = 5 1012

cm 2, kẵch

thểc phƠn bậ tÔp Ld = 150 A v khoÊng cĂch t tÔp án 2DEG
18,
18,

19
Ls = 70 A; a, b, c ng vểi mêt ẻ donor NI = 10
5 10
10
cm 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70

kho£ng c¡


vii

3.3 ẻ linh ẻng khi xt tĂn xÔ bĐt trêt t¸ hỊp kim (AD
nh¡m k¸t hỊp (CR) v tÍng c¡c tĂn xÔ (Tot) trong
chĐt pha tÔp iÃu bián AlGaN/GaN theo h m l˜Òn
NI = 4 10

18

cm 3,

Ld = 150 A v Ls = 70 A.

mêt ẻ iằn tẵch phƠn các

(x),

ChiÃu cao

mêt ẻ 2DEG ns (x),

nhĂm v ẻ d i tẽng quan thay Íi theo x. C¡c c
t˜Ïng ˘ng vĨi d˙ liằu thác nghiằm ềc o 77 K [11

3.4 ẻ linh ẻng khi xt tĂn xÔ bĐt trêt tá hềp kim (AD
nhĂm kát hềp (CR) v tng cĂc tĂn xÔ (Tot) vểi m
hu hÔn cho cĐu trc Al0:27Ga0:73N/GaN (cĂc th
AlN/GaN (Á th‡ b¶n ph£i). C¡c k˛ hi»u vng ˜Ịc
c¡c k˛ hiằu vuấng trậng lƯn lềt l d liằu thác ng

K cho c§u trÛc Al0:27Ga0:73N/GaN v AlN/GaN [14

4.1 a) C§u trÛc mẻt ấ cẽ s ca SSPGNR Â ềc tấi ha
v pha tÔp 1 nguyản t (Si, N, P) cng v trẵ, b) M
kiằn ca SSPGNR thuƯn hoc pha tÔp (Si, N, P).

4.2 CĐu trc vng ca SSPGNR, Si-SSPGNR, N-SS
SSPGNR..................................

4.3 Mêt ẻ trÔng thĂi v mêt ẻ trÔng thĂi riảng ca SSP
SSPGNR, N-SSPGNR v P-SSPGNR. . . . . . .
4.4 Á th‡ I(V) cıa SSPGNR, Si-SSPGNR, N-SSPGNR v

4.5 PhÍ truy·n qua T (E) cıa (a) SSPGNR, (b) Si-SSP
SSPGNR v (d) P-SSPGNR. . . . . . . . . . . . .

4.6 CĐu trc vng iằn các trĂi, iằn c¸c ph£i v phÍ truy
1.0 V cıa SSPGNR, Si-SSPGNR, N-SSPGNR v P-S

viii

4.7 CĐu trc vng iằn các trĂi, iằn các phÊi v ph
ca N-SSPGNR tÔi a) 0.8V v b) 1.4 V. VÚng m u
kho£ng i»n th¸ kh£o s¡t. c) v d) TrÔng thĂi tĂn x
giĂ tr nông lềng c biằt trong cng iằn thá cho
vểi isovalue bơng 0.2. . . . . . . . . . . . . . . . .

4.8 CĐu trc vng iằn các trĂi, iằn các phÊi v ph tru
P-SSPGNR tÔi a) 0.5 V v b) 0.9 V. VÚng m u v
kho£ng i»n th¸ kh£o sĂt. c) v d) TrÔng thĂi tĂn x
giĂ tr nông lềng c biằt trong cng iằn thá cho
vểi isovalue bơng 0.2. . . . . . . . . . . . . . . . .


ix

Danh s¡ch b£ng
1.1

nh h˜ ng cıa t¿ sË c =a

¸n cèng ẻ ca phƠn các
trong nitride nhm III [11]. . . . . . . . . . . . . . .
0

0

1.2 H» sË ¡p i»n cıa GaN v AlN cĐu trc wurtzite ềc d

tẵnh toĂn [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1 Nhng thay i và ẻ d i liản kát t cĂc v trẵ ềc pha

carbon lƠn cên. ChiÃu d i ềc tẵnh bơng ẽn v A.
4.2

GiĂ tr I , I v t sậ I /I
p

v

p v

bận mău khÊo sĂt. . . . .


1

PhƯn m

Ưu

Trong thèi Ôi ng y nay, cấng nghằ bĂn dăn l mẻt trong nhng lắnh vác
quan trng v c Ênh h ng nhĐt án sá phĂt trin ca khoa hc - cấng nghằ.
Cấng nghằ bĂn dăn l nÃn tÊng ca x hẻi thấng tin,  v ang thc ây x hẻi lo i
ngèi tián lản vểi nhng sá thay i trong sÊn xuĐt, sinh hoÔt, giao tiáp
v thêm chẵ trong cÊ suy nghắ. Trong cấng nghằ bĂn dăn, vêt liằu bĂn dăn
ng mẻt vai trà quan trng. Transistor Ưu tiản ềc phĂt minh v o nôm 1947 dáa
trản chĐt bĂn dăn gecmani (Ge) vểi ẻ rẻng vng cĐm nhiằt ẻ phÃng l 0.67 eV

[1]. MÔch tẵch hềp Ưu tiản ra èi v o nôm 1958, mÔch tẵch hềp khậi xuĐt
hiằn v o nôm 1961 s dng Ge v silic (Si) vểi ẻ rẻng vng cĐm nhiằt ẻ phÃng
1.12 eV [2]. T nôm 1965, silic tr th nh vêt liằu chẵnh cho cĂc mÔch tẵch
hềp bĂn dăn. Hiằn nay, phƯn lển cĂc ng nh cấng nghiằp bĂn dăn, mÔch tẵch
hềp hoc pin quang iằn văn dáa trản silic.
Silic v gecmani ềc xem nh cĂc chĐt bĂn dăn thá hằ Ưu. CĂc chĐt bĂn
dăn thá hằ th hai bao gm gallium arsenide (GaAs, ẻ rẻng vng cĐm nhiằt ẻ
phÃng l 1.43 eV) v indium phosphide (InP, ẻ rẻng vng cĐm nhiằt Ỵ ph·ng l
1.35 eV) ˜Ịc giĨi thi»u v o nh˙ng nôm 1970. BĂn dăn thá hằ th hai ch yáu
ềc ng dng trong cĂc thiát b tậc ẻ cao, thiát b nông lềng
vi sng v mÔch tẵch hềp. Ngo i Ỵ rỴng vÚng c§m lĨn hÏn, GaAs c‚ Ỵ linh ẻng
iằn t cao gĐp sĂu lƯn v vên tậc trấi bÂo hÃa lển hẽn hai lƯn so vểi silic. Do ‚,
c¡c thi¸t b‡ s˚ dˆng GaAs phÚ hỊp cho c¡c hoÔt ẻng tƯn sậ cao. Ngo i ra,
transistor hiằu ng trèng dáa trản GaAs cng c nhng u im nh ẻ nhiạu
thĐp, hiằu suĐt cao, . . . Tuy nhiản, GaAs c ẻ dăn nhiằt v hiằu iằn thá Ănh
thng km hẽn so vểi cĂc chĐt bĂn dăn nh GaN v SiC, dăn án hÔn chá và cấng
suĐt. Cấng suĐt ¦u ra tËi a cıa transistor hi»u ˘ng tr˜Ìng d¸a tr¶n


2

GaAs (MESFE) sÊn xuĐt Ưu thêp niản 1980 l 1.4 W [3]. NhiÃu nẩ lác  ềc thác
hiằn cÊi thiằn hiằu suĐt bơng cĂc phẽng phĂp khĂc nhau nhng sá gia tông mêt
ẻ cấng suĐt cho transistor hiằu ng tr˜Ìng GaAs l khÊng ¡ng kº.

Ci th¸ k XX, c¡c chĐt bĂn dăn thá hằ th ba (ẻ rẻng vng cĐm rẻng)
nh gallium nitride (GaN, ẻ rẻng vng cĐm nhiằt Î ph·ng l 3.45 eV)
v silicon carbide (SiC, Î rÎng vng cĐm nhiằt ẻ phÃng 3.25 eV cho 4H-SiC)
th hiằn nhng tẵnh nông vềt trẻi, thu ht ềc nhiÃu sá quan tƠm. CĂc bĂn
dăn nitride nhm III bao gm gallium nitride (GaN), nhÊm nitride (AlN),

indium nitride (InN) v hÒp kim ca chng. GaN v AlN Ãu l chĐt bĂn dăn

ẻ rẻng vng cĐm rẻng trong khi InN c ẻ rẻng vng cĐm tẽng ậi hàp ( 0.7
eV). CĂc thiát b i»n t˚ GaN th‡nh h nh l transistor Ỵ linh ẻng iằn t cao
(HEMT) dáa trản cĐu trc d chĐt GaN (nh˜ AlGaN/GaN ho°c InAlN/GaN)
vĨi kh½ i»n t˚ hai chi·u (2DEG) c ẻ linh ẻng cao v mêt ẻ hÔt t£i lĨn. i·u n y
cho th§y HEMT GaN phÚ hỊp hẽn vểi cĂc ng dng c cấng suĐt v tƯn sË
cao. Ngo i ra, HEMT GaN c·n thº hi»n °c tẵnh tÊn nhiằt tật khi ềc nuấi
trản á SiC v kim c˜Ïng. Th¶m v o ‚, HEMT GaN ˜Ịc ni trản á silic s c chi
phẵ thĐp. Vểi ẻ rẻng vng cĐm bao ph to n bẻ vng khÊ kián, chĐt bĂn dăn
nitride nhm III ềc ng dng rẻng rÂi trong c¡c thi¸t b‡ quang i»n t˚ b˜Ĩc s‚ng
ngn, cˆ thº l diode ph¡t s¡ng m u xanh lam (LED). S¸ ph¡t triºn nhanh ch‚ng
cıa ng nh cÊng nghi»p LED xanh dáa trản GaN trong nhng nôm 1990 cng
thc ây nghiản cu v phĂt trin thiát b iằn t dáa trản GaN. NhiÃu nghiản cu
và cĂc thiát b iằn t nitride nh‚m III nh˜ transistor hi»u ˘ng tr˜Ìng d‡ ch§t
(HFET) ềc thác hiằn, trong HFET AlGaN/GaN tr nản ph bián nhĐt cho cĂc
thiát b iằn t GaN. Do sá phƠn các tá phĂt mÔnh
v phƠn các Ăp iằn trong AlGaN/GaN v InAlN/GaN, cĐu trc d chĐt GaN
c mêt ẻ 2DEG cao vĨi Ỵ linh Ỵng cao hÏn ¡ng kº so vĨi c¡c c§u trÛc khËi.
Ng y nay, c§u trÛc d chĐt bĂn dăn ềc s dng rẻng rÂi trong nhiÃu lắnh vác
khĂc nhau do nhng lềi thá to lển ca n. C th, trong lắnh vác viạn thấng vểi
transistor bĂn dăn, truyÃn hẳnh vằ tinh, hằ thậng cÊnh bĂo, . . . ; lắnh vác nông
lềng vểi pin mt trÌi, diode ph¡t s¡ng, thi¸t b‡ l˜u tr˙ thÊng tin, . . . ; lắnh vác y tá
vểi hằ thậng lÂc n˜Óc, h» thËng x˚ l˛ d˙ li»u, . . . [4, 5, 6, 7, 8]. NhiÃu nghiản cu
cho thĐy, ẻ dăn iằn v tẵnh chĐt quang ca cĐu trc d‡ ch§t


3

bĂn dăn thay i Ăng k so vểi cĐu trc bĂn dăn khậi v khi ềc Ăp trèng ngo i

[9, 10]. Hẽn na, cĐu trc d chĐt bĂn dăn cng c nhng c tẵnh nẻi tÔi u
viằt. Mẻt trong nhng c tẵnh l sá phƠn các iằn ph thuẻc v o hểng vêt
liằu v cĐu trc vêt liằu, c biằt l cĂc cĐu trc thĐp chiÃu [11, 12]. Vẳ vêy,
cĐu trc d chĐt bĂn dăn l mẻt ch à hĐp dăn trong nghiản cu vêt liằu hiằn
Ôi trong nhng thêp k qua [13, 14, 15, 16, 17].
Hiằu ng phƠn các mÔnh tn tÔi trong nhiÃu vêt liằu nh GaN, ZnO,
MgO, AlAs, InN, . . . M°c dÚ ¢ c‚ mẻt sậ nghiản cu và Ênh h ng ca hiằu
ng phƠn các lản cĂc tẵnh chĐt iằn ca cĂc cĐu trc trản [13, 14, 18, 19],
nhng cấng trẳnh trản thèng ềc nghiản cu trản hằ pha tÔp khấng ng
nhĐt v cha xt án tĐt cÊ cĂc vai trà ca iằn tẵch phƠn các. c biằt, cĐu trc
d chĐt bĂn dăn th hiằn hiằu ng giam cƯm phƠn các cƯn ềc nghiản cu
mẻt cĂch sƠu rẻng. Ngo i ra, mậi quan hằ gia hiằu ng giam cƯm v c tẵnh
vên chuyn iằn t cƯn ềc nghiản cu chi tiát hẽn.
CĂc chĐt bĂn dăn nitride nhm III bao gm GaN, InN, AlN v cĐu trc
d chĐt ca chng ềc ng dng rẻng rÂi cho cĂc thiát b iằn t v quang iằn t
[20]. CĂc cĐu trc n y c ẻ rẻng vng cĐm t vng hng ngoÔi gƯn (0.7 eV,
InN) án án vng các tẵm xa (6.2 eV, AlN) [21]. c biằt, so vểi cĂc chĐt bĂn
dăn nhm III-V v II-IV thấng thèng, sá phƠn các tá phĂt v Ăp iằn trong GaN v
AlN vĨi c§u trÛc wuztzite lĨn hÏn kho£ng m˜Ìi l¦n [11]. Do ‚, GaN,
AlGaN/GaN, InGaN/GaN, . . . c‚ thº ˜Ịc ˘ng dˆng cho transistor Ỵ linh Ỵng i»n
t˚ cao, transistor hi»u ˘ng tr˜Ìng c§u trÛc d‡ ch§t.
CÚng vĨi cĂc cĐu trc d chĐt, cĂc dÔng th hẳnh ca carbon hiằn nay
ang thu ht ềc nhiÃu sá quan tƠm. Cho án nhng nôm gia thá k XX, hai dÔng
th hẳnh ph bián nhĐt ca carbon trong tá nhiản l kim c˜Ïng v than ch¼. Than
ch¼ ˜Ịc ph¡t hi»n v˜Ïng quậc Anh v o khoÊng nôm 1500 sau Cấng nguyản, l
mẻt vêt liằu bao gm nhiÃu lểp nguyản t carbon hai chiÃu (2D) ềc sp xáp trong
mẻt mÔng lc giĂc. Do ch c 2 trong 3 orbitan p tÔo
liản kát v c mẻt qu Ôo khấng ghp ấi, qu Ôo p z. Do , than chẳ l mẻt chĐt dăn
iằn tật. CĐu trc 2D ca than chẳ gi l graphene lƯn Ưu ềc tng hềp trản bà mt
kim loÔi v o nôm 1970. Bơng sá phƠn tĂch pha tinh th niken pha tÔp carbon,

Eizenberg v Blakely c th tÔo cĂc lểp than chẳ ẽn [22]. DÔng


4

th hẳnh tiáp theo ca carbon l Buckminster Fullerenes ềc ph¡t hi»n v o
n«m 1984 b i Richard Smalley v cẻng sá [23]. Tiáp theo, ậng nano carbon
mẻt chiÃu ềc Iijima phĂt hiằn Ưu nôm 1990 [24]. c im chung ca than chẳ,
fullerene v ậng nano carbon l sá sp xáp theo dÔng lc giĂc ca cĂc nguyản t
carbon. T mẻt lểp nguyản t carbon liản kát theo hẳnh lc giĂc, ngèi ta
c th thu ềc mẻt trong ba dÔng th hẳnh n y: xáp chng lản nhau tÔo
than chẳ, cuẻn th nh ậng tÔo th nh ậng nano carbon Ïn th nh ho°c a th nh
hay uËn th nh mẻt quÊ bng tÔo mẻt fullerene.
Nghiản cu chuyản sƠu và graphene, mẻt vêt liằu hai chiÃu (2D) bao
gm cĂc nguyản t carbon trong mÔng lc giĂc tuƯn ho n bt Ưu t nôm 2004
[25]. c tẵnh Ăng ch nhĐt ca graphene, Ơy l loÔi tinh th mng nhĐt ềc
biát vểi ẻ cng các lển, ẻ n hi v ẻ dăn nhiằt vềt trẻi. Vểi cĐu trc
hai chi·u v di»n t½ch b· m°t lĨn kho£ng 2675 m 2/g, graphene th hiằn mẻt sậ

tẵnh chĐt vêt l ẻc ¡o. KhÊng giËng nh˜ tinh thº ba chi·u, t§t c£ c¡c
nguy¶n t˚ trong graphene l c¡c nguy¶n t˚ b· m°t, t˘c l chÛng c‚ thº tham
gia v o c¡c ph£n ˘ng h‚a hÂc v c¡c t˜Ïng t¡c kh¡c nhau. i·u n y tÔo trin
vng lển cho viằc thay i cĂc c tẵnh ca graphene. Trong nhiÃu nôm
qua, nhiÃu nghiản cu l thuyát v thác nghiằm cho graphene  ềc thác
hiằn. Cˆ thº, vi»c tÍng hỊp graphene Ïn lĨp, a lĨp hay graphene
nanoribbon trản á kim loÔi  ềc thác hiằn [26, 27, 28]. CĂc tẵnh chĐt iằn
t, ha hc, t t½nh v i»n h‚a cıa graphene cÙng ˜Ịc xem x²t [29, 30, 31].
Ngo i ra, vêt liằu dáa trản graphene º chuyºn Íi n«ng l˜Ịng m°t trÌi, quang
xÛc t¡c, i»n c¸c pin lithium, i»n t˚ l˜Ịng t˚ cÙng nh˜ c¡c cÊm bián iằn ha v
sinh hc  ềc phƠn tẵch [32, 33, 34].

Mc d graphene c cĂc tẵnh chĐt vêt l v ha hc tuyằt vèi, tuy nhiản
graphene l mẻt vêt liằu khấng c vng cĐm, gƠy kh khôn cho vi»c ˘ng dˆng
graphene trong transistor hi»u ˘ng tr˜Ìng v c¡c thiát b iằn t khĂc. giÊi quyát
vĐn à n y, c¡c vªt li»u hai chi·u kh¡c nhau nh˜ TMDs (transition metal
dichalcogenides), GY (graphyne), GDY (graphdiyne),. . . ¢ v ang ềc phĂt
trin. Nhng vêt liằu n y c ẻ rẻng vng cĐm linh hoÔt cng nh mẻt sậ tẵnh
chĐt vêt l, ha hc c th ng dng cho thiát b‡ i»n t˚, cÊng ngh» h‚a hÂc,
cÊng ngh» y sinh,... [35, 36, 37, 38].


5

Nôm 2015, mẻt dÔng th hẳnh mểi ca carbon ềc dá oĂn b i Zhang

v cẻng sá, gi l penta-graphene. Penta-graphene (PG) th hiằn sá n nh cẽ
hc v ẻng hc ngay cÊ khi nhiằt ẻ Ôt 1000 K. Thảm v o , penta-graphene hai
chiÃu c ẻ rẻng vng cĐm tr¸c ti¸p kho£ng 3.25 eV, cao hÏn so vĨi c¡c dÔng
th hẳnh khĂc ca carbon [39]. Penta-graphene th hiằn nhiÃu tẵnh chĐt
iằn, nhiằt v quang ẻc Ăo [40, 41]. Nghiản c˘u v· penta-graphene cÙng cho
th§y hydro h‚a c‚ thº l m tông ẻ dăn nhiằt ca PG. Viằc pha tÔp Si, Ge v Sn
c‚ thº l m gi£m Ỵ rỴng vÚng c§m cıa PG [42], trong khi PG ˜Ịc pha tÔp kim
loÔi chuyn tiáp c th l m tông hoc giÊm ẻ rẻng vng cĐm ng thèi tông cèng
Ăng k sá hĐp ph hydro [43]. Vểi t lằ bà mt v ẻ rẻng vng cĐm lển, PG c lềi
cho sá hĐp ph ca cĂc phƠn t khẵ [44]. Do nhng c tẵnh vêt l v ha hc
vềt trẻi, thèi gian gƯn Ơy PG Â ềc nghiản cu thấng qua cĂc tẵnh toĂn l
thuyát v cho thĐy chng c tiÃm nông to lển Ăp dng trong lắnh vác iằn t
nano, cÏ hÂc nano v ch§t xÛc t¡c [45, 46].
T¯ penta-graphene, ngèi ta c th tÔo th nh bận loÔi penta-graphene
nanoribbon (PGNR) vểi dÔng biản khĂc nhau. KhÊo sĂt c tẵnh iằn t ca
bận loÔi PGNR cho thĐy, cĂc cĐu trc th hiằn c tẵnh bĂn dăn hoc kim

loÔi. Mẻt sậ cấng trẳnh  thác hiằn têp trung nghiản cu tẵnh chĐt iằn t ca
cĂc cĐu trc PGNR thuƯn, cĐu trc PGNR ềc tấi ha biản bơng cĂc nguyản
t khĂc nhau hoc nghiản cu t tẵnh ca cĂc dÔng PGNR.
Dáa v o ẻ dăn iằn, ngèi ta c th chia vêt liằu th nh ba loÔi cẽ bÊn: chĐt dăn
iằn, chĐt bĂn dăn v chĐt cĂch iằn. Khi khÊo sĂt c tẵnh ca vêt liằu, sá dăn iằn
hay rẻng hẽn l c tẵnh vên chuyn iằn t l mẻt trong nhng vĐn à quan trng cƯn
ềc xem xt. L thuyát vên chuyn iằn t thèng ềc xƠy dáng t hai quan im l
dáa trản hiằn tềng khuyách tĂn hoc dáa trản hiằn tềng Ôn Ôo. quan im Ưu,
dÃng iằn ềc tÔo ra khi vêt liằu ềc Ăp trèng, nghắa l tr˜Ìng s³ g¥y ra d·ng t˜Ïng
˘ng. Trong khi ‚, mÊ hẳnh cÃn lÔi cho thĐy iằn Ăp hẳnh th nh t˜Ïng ˘ng d·ng, do
‚ thÊng l˜Ịng i»n tr˜Ìng ˜Ịc x¡c ‡nh b i c¡c i·u ki»n bi¶n cıa b· m°t mău khÊo sĂt,
dÃng iằn s tÔo ra mẻt iằn trèng khÊng Áng nh§t trong h». Ëi vĨi c¡c h» theo
quan im Ưu lĐy l thuyát Drude, hẳnh thc luên Kubo v ph˜Ïng tr¼nh Boltzmann
l m n·n t£ng. C¡c h» trong mấ hẳnh cÃn lÔi dáa trản l thuyát vên chuyn
Landauer.


6

Trong mÊ h¼nh Drude, c¡c i»n t˚ khÊng t˜Ïng t¡c vểi cĂc iằn t
khĂc hoc vểi mÔng tinh th, giÊ thiát n y ph hềp vểi phƯn lển kim loÔi.
Mấ hẳnh Drude cng cho rơng cĂc iằn t c th c vên tậc bĐt k, do
c th c nông l˜Ịng b§t k˝. i·u n y khÊng phÚ hỊp vĨi quan iºm l˜Ịng t˚
khi n«ng l˜Ịng c‚ c¡c gi¡ tr‡ xĂc nh v giĂn oÔn. Cng theo mấ hẳnh n y,
tĐt cÊ cĂc iằn t c trong vêt dăn Ãu ng gp v o sá dăn iằn nhng thác tá
ch c‚ mỴt sË i»n t˚ c¡c lĨp v‰ i»n t˚ tham gia v o sá dăn iằn. Ngo i ra,
theo mấ hẳnh trản, khẵ iằn t tuƠn theo phƠn bậ thậng kả Maxwell
Boltzmann tẽng ng nh khẵ l t ng, trong khi vểi mấ hẳnh thác iằn t
c tẽng tĂc v tuƠn theo phƠn bậ Fermi Dirac.
Trong mấ hẳnh Drude, c¡c i»n t˚ trÊi dÂc theo ˜Ìng s˘c vĨi vên tậc trấi

hu hÔn v iằn t b tn hao xung lềng do va chÔm vểi tÔp chĐt, sai hng
mÔng, dao ẻng mÔng, . . . KhoÊng cĂch v thèi gian trung bẳnh gia cĂc lƯn va
chÔm ềc gi l quÂng èng tá do trung bẳnh v thèi gian tá do trung bẳnh ca cĂc
iằn t. ẻ dăn hay hằ sË t l» ch½nh ˜Ịc x¡c ‡nh b i cÊng th˘c:

= ne

2

m

vĨi n l sË i»n t˚ trong mỴt Ïn v‡ thº t½ch, e l
i»n t½ch cıa electron,

thÌi gian hÁi phc v

ml

l
khậi lềng electron.

Theo mấ hẳnh Drude, khi nhiằt ẻ tông, cĂc nguyản t trong vêt dăn
chuyn ẻng mÔnh hẽn, l m gi£m , k¸t qu£ l theo cÊng th˘c trản ẻ dăn
giÊm

v iằn tr tông. Viằc tông dÃng qua vêt dăn cng l m tông sậ va chÔm bản
trong vêt dăn, do nhiằt ẻ vêt dăn tông. Vểi mÊ h¼nh n y, ˜Ìng °c tr˜ng
d·ng i»n ¡p khÊng tuyán tẵnh. im hÔn chá ca mấ hẳnh Drude l khấng
giÊi thẵch ềc iằn tr Hall ca kim loÔi ph thuẻc v o t trèng.
L thuyát Sommerfeld mấ tÊ tẵnh chĐt lềng t cho iằn t dăn, vểi

giÊ thiát cĂc iằn t dăn khấng tẽng tĂc hay khẵ iằn t tá do tuƠn theo phƠn
bậ Fermi Dirac. L thuyát Sommerfeld xĂc nh sậ iằn t Fermi ca kim
loÔi v cho thĐy, ẻ dăn khấng ch ph thuẻc v o sậ iằn t c trong vêt dăn m


cÃn ph thuẻc v o cĂc yáu tậ khĂc. Vẳ vêy, mấ hẳnh iằn t gƯn tá do vểi cĂc
cẽ chá tĂn xÔ Ênh h ng án ẻ dăn cƯn ˜Òc xem x²t.


7

Trong mấ hẳnh iằn t gƯn tá do, cĂc iằn t dăn trong mẻt trèng thá
tuƯn ho n. H m sng ca iằn t trong mÔng tinh th c dÔng tuƯn ho n
v l chng chêp tuyán tẵnh ca cĂc sng phng. Vêy, mẻt tinh th l t ng
vểi trèng thá tuƯn ho n l t ng s khấng gƠy c£n tr d·ng i»n hay khÊng
c‚ i»n tr . Ng˜Òc lÔi, mẻt tinh th b nhiạu loÔn tẵnh tuƯn ho n gƠy ra tĂn xÔ
iằn t dăn s gƠy ra i»n tr . Cˆ thº, c¡c sai h‰ng tinh thº nh khuyát, trậng
iằn t, sá c mt ca cĂc nguyản t tÔp,. . . hay cĂc dao ẻng mÔng tinh th l m
nguyản t xả dch khi v trẵ cƠn bơng v phĂ vễ tẵnh tuƯn ho n l hai
trong nhng ngun in hẳnh gƠy ra tĂn xÔ cho iằn t dăn. Trong mấ hẳnh
iằn t gƯn tá do, ngèi ta s˚ dˆng kh¡i ni»m khËi l˜Òng hi»u dˆng l khËi
l˜Ịng cıa i»n t˚ xu§t hi»n khi c‚ t¡c dˆng ca trèng ngo i. Sá vên chuyn iằn
t chu Ênh h˜ ng cıa khËi l˜Ịng hi»u dˆng v tr˜Ìng ngo i. Náu ẻ linh ẻng c
ng cao, iằn t dăn liản kát vểi trèng tinh th c ng yáu, iằn t chuyn ẻng c ng
nhanh. Ơy l cẽ s tÔo ra cĂc linh kiằn hay mÔch iằn t tậc ẻ cao v rĐt cao:
chuyn trÔng thĂi nhanh v siảu nhanh.
nƠng cao tậc ẻ x l ca linh kiằn, ta cƯn tông ẻ linh ẻng ca hÔt tÊi v
giÊm kho£ng c¡ch truy·n d·ng i»n. Do i»n t˚ di chuyºn quanh cĂc mÔch iằn
vểi vên tậc trấi khoÊng 10 5 m/s, vĨi thÌi gian truy·n i»n t˚ 0.1 ns

khi d‡ch chuyn gia hai transistor gƯn nhau nhĐt khoÊng 1 m,
dÃng s b hÔn chá khi x l vểi tậc ẻ kho£ng 10 GHz.
Qu¢ng ˜Ìng hi»u dˆng cıa d·ng i»n trong mẻt transistor ềc c trng
bơng chiÃu d i kảnh

phẵa dểi c¸c cÍng, thÊng th˜Ìng gi¡ tr‡ n y kho£ng
trung
180 nm. So vÓi c¡c thÊng sË °c tr˜ng cıa i»n t˚: quÂng èng tá do
bẳnh (l), ẻ d i kát hềp pha ( l
co), ... c‚ thº mÊ t£ d·ng nh˜ l sá khuyách tĂn thấng
L

qua phẽng trẳnh chuyn ẻng Boltzman. Khi kẵch thểc linh kiằn c ng nh sao
cho sá vªn chuyºn i»n t˚ khÊng lĨn hÏn chi·u d i khuách tĂn (khoÊng v i chc
nm), iằn t s vên chuyn kiu Ôn Ôo, ẻ d i kát hềp pha tông lản. Khi , khấng th
Ăp dng ềc phẽng trẳnh chuyºn Ỵng Boltzman,
m ˜Ịc mÊ t£ qua cÊng th˘c Landauer-Buttiker, trong khÊo sĂt sá dăn iằn ca
cĂc iằn t bơng xĂc suĐt truyÃn qua lềng t. chiÃu d i k¶nh kho£ng v i chˆc
nano m²t, °c tr˜ng I(V) ca linh kiằn rĐt phc tÔp do sá kát hềp pha ca iằn t gƠy
nản cĂc hiằu ng giao thoa lềng t v sá thông giĂng ẻ dăn,


8

cĂc hiằu ng iằn dung gƠy nản hiằn tềng chn Coulomb. chiÃu d i kảnh ni
10 m/s.
trản, cĂc hÔt tÊi s di chuyn vểi vên tậc Ôn Ôo khoÊng 1.4 6
Vẳ vêy, khi nghiản cu tẵnh chĐt iằn ca vêt liằu, ẻ dăn, ẻ linh ẻng v c
trng dÃng iằn Ăp l nhng c tẵnh c mậi liản hằ ch°t ch³ v c¦n ˜Ịc kh£o s¡t º
ho n thi»n nghi¶n c˘u v ˜a v o ˘ng dˆng [47, 48, 49, 50, 51, 52].

T nhng phƠn tẵch trản cho thĐy, Ênh h ng ca hiằu ng phƠn
các án sá vên chuyºn i»n t˚ trong c¡c h» th§p chi·u, cˆ thº l hằ hai chiÃu, cƯn
ềc nghiản cu chi tiát. Ngo i ra, hi»n t˜Ịng vªn chuyºn i»n t˚ cıa vªt liằu
mểi dáa trản graphene c th l penta-graphene nanoribbon cƯn ềc khÊo
sĂt mẻt cĂch Ưy hẽn. Vẳ vêy, cĂc vĐn à nh cĐu trc d chĐt phƠn các,
tẵnh chĐt i»n t˚ trong h» th§p chi·u c‚ xem x²t £nh h ng ca iằn tẵch
phƠn các, c tẵnh cĐu trc v tẵnh chĐt vên chuyn iằn t trong pentagraphene nanoribbon s ềc trẳnh b y trong luên Ăn n y.

giÊi quyát cĂc vĐn à t ra, nhng nẻi dung nghiản cu sau
s ềc thác hiằn:
1. Tng quan và vêt liằu nghiản cu
CĐu trc d chĐt phƠn các
CĂc tinh th bĂn dăn c hai hay nhiÃu loÔi nguyản t khấng ậi xng tƠm
th hiằn hai cĂch sp xáp khĂc nhau cıa c¡c lĨp nguy¶n t˚ hai h˜Ĩng ng˜Ịc
nhau, song song vểi trc tinh th. Hằ quÊ l xuĐt hiằn sá phƠn các tinh th dc
theo cĂc hểng n y. Vẵ d nh vểi chĐt bĂn dăn hai loÔi nguyản t c cĐu trc
wurtzite, sá sp xáp ca cĂc lểp nguyản t˚ cıa nguy¶n t˚ A v nguy¶n t˚ B ng˜Ịc
nhau dÂc theo h˜Óng [0001] v [000 1] vÓi hai m°t A v B t˜Ïng ˘ng (0001) v
(0001). Trong tr˜Ìng hỊp nuÊi theo kˇ thuªt epitaxy cıa vªt li»u khÊng Ëi xng
tƠm, ẻ phƠn các thèng ềc xĂc nh thấng qua thác nghiằm. Ngo i ra, tẵnh
chĐt phƠn các th hiằn khĂc nhau khi mău ềc nuấi theo cĂc hểng khĂc
nhau. Tẵnh chĐt phƠn các cng ph thuẻc v o á nuấi v nhiÃu yáu tậ khĂc. Khi
nuấi cĐu trc d chĐt, tÔi tiáp giĂp d chĐt c sá giĂn oÔn vector phƠn các dăn
án sá hẳnh th nh iằn tẵch phƠn các. Sá hẳnh th nh iằn tẵch phƠn các n y
ph thuẻc v o nhiÃu yáu tậ khĂc nhau ca mău nuấi.


9

Hiằn tềng phƠn các thèng ềc chia th nh hai loÔi l phƠn các tá phĂt
(spontaneous) v phƠn các Ăp iằn (piezoelectric). CĂc Ôi lềng liản quan án
hiằu ng phƠn các thèng c quy luêt tuyán tẵnh theo nh luêt Vegard [11].
Tuy nhiản, chẵnh xĂc hẽn, chng phÊi c c tẵnh phi tuyán gƠy ra b i cĂc
hiằu ng bián dÔng do c sá thay i chiÃu d i liản kát cation-anion v hiằu ng
bĐt trêt tá do sá phƠn bậ ngău nhiản ca cĂc nguyản tậ trản mt cation. Vẳ
thá, cƯn phÊi nghiản cu chi tiát cho tng trèng hềp. Hiằn tềng phƠn các Ăp
iằn lÔi liản quan án sá bián dÔng v tẵnh n hi ca hằ. Cho nản, khi xĂc nh
hiằu ng phƠn các Ăp iằn, cƯn nghiản cu sá bián dÔng v tẵnh chĐt n hi ca
cĐu trc. Hiằn tềng phƠn các trong cĂc cĐu trc bĂn dăn phƠn các rĐt ềc
quan tƠm nghiản cu hiằn nay v¼ n‚ c‚ vai tr· quan trÂng, £nh h˜ ng lển án
cĂc tẵnh chĐt vêt l, c biằt l tẵnh chĐt iằn v tẵnh chĐt quang ca vêt liằu
c c§u trÛc th§p chi·u [13, 14, 18, 19].

Penta-graphene v penta-graphene nanoribbon
KhĂc vểi cĐu trc graphene khấng c ẻ rẻng vng cĐm, penta-graphene
c ẻ rẻng vng cĐm khoÊng 3.25 eV nản c th ng dng trong lắnh vác quang iằn t
[39]. c biằt, ẻ rẻng vng cĐm ca penta-graphene c th thay i ềc bơng cĂch pha
tÔp, tấi ha biản, Ăp tr˜Ìng, ... [42, 53]. Khi ct penta-graphene theo nh˙ng h˜Ĩng
tinh th khĂc nhau, ta s thu ềc nhng dÔng khĂc nhau ca mẻt loÔi vêt liằu mểi
thĐp chiÃu hẽn c nhiÃu tẵnh chĐt th v, ềc gi l penta-graphene nanoribbon.
Mẩi dÔng penta-graphene nanoribbon c cĐu trc v c tẵnh riảng biằt. Bản cÔnh ,
cĐu trc v tẵnh chĐt ca chng s thay i khi b bián dÔng, pha tÔp, Ăp trèng, ...
[54]. Sá a dÔng và cĐu trc

v tẵnh chĐt kát hềp vểi nhng c tẵnh u viằt vận c cıa h graphene
l m cho penta-graphene nanoribbon tr th nh mẻt trong nhng ng viản Ưy
ha hàn trong lắnh vác quang iằn t. 2. Nghiản cu hiằn tềng giam cƯm
iằn t trong cĂc cĐu trc thĐp chiÃu (low-dimensional)

Khi giÊm kẵch thểc ca hằ nghiản cu án mẻt giểi hÔn n
o , hay thác hiằn giam cƯm hằ iằn t b i cĂc thá giam cƯm, hằ s
th hiằn hiằu ng th§p chi·u. LÛc n y, h» b‡ l˜Ịng t˚ h‚a theo
phẽng giam cƯm. Hai Ôi lềng th hiằn r nhĐt hiằu ng giam cƯm
n y l quy luêt tĂn sc iằn t v mêt ẻ trÔng thĂi.