Bài giảng Vật lý II: Chương 10 - TS. TS. Ngô Văn Thanh - Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO </b>

<b>VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC </b>

<b>VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM </b>

<b>HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ </b>

<b>--- </b>

<b>PHẠM THỊ BÍCH THẢO </b>

<b>HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ </b>

<b>TRONG CÁC CẤU TRÚC NANO BÁN DẪN </b>

<b>DỰA TRÊN VẬT LIỆU PHÂN CỰC AlGaN/GaN </b>

<b>VÀ PENTA-GRAPHENE NANORIBBON </b>

<b>LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ</b>

<b> </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<b>VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM </b>

<b>HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ </b>

<b>……..….***………… </b>

<b>PHẠM THỊ BÍCH THẢO </b>

<b>HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ </b>

<b>TRONG CÁC CẤU TRÚC NANO BÁN DẪN </b>

<b>DỰA TRÊN VẬT LIỆU PHÂN CỰC AlGaN/GaN </b>

<b>VÀ PENTA-GRAPHENE NANORIBBON </b>

<b>LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ </b>

<b>Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán </b>

<b> Mã số: 9 44 01 03 </b>

<b> Người hướng dẫn khoa học: </b>

<b> </b>

1. PGS.TS. Nguyễn Thành Tiên

2. GS.TS. Đoàn Nhật Quang

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

LÍI CƒM ÌN

º ho n th nh luªn ¡n ny, tổi  nhên ữủc rĐt nhiÃu sỹ giúp ù, hộ
trủ v ởng viản cừa quỵ ThƯy Cổ, ỗng nghiằp, bÔn b v ngữới thƠn.

Trữợc tiản, tổi xin gỷi lới tri Ơn sƠu sưc nhĐt án GS.TS. on Nhêt
Quang v PGS.TS. Nguyạn Thnh Tiản. Trong suốt quĂ trẳnh thỹc hiằn luên
Ăn, ngoi sỹ hữợng dăn tên tẳnh trong cổng tĂc chuyản mổn, cĂc ThƯy cỏn l
nhỳng ngữới Ưu tiản giúp tổi ỵ thực ữủc vai trỏ cừa viằc nghiản cựu, bữợc Ưu
lm quen v cõ ỵ thực lm viằc ởc lêp, lm viằc nhõm cụng nhữ tỹ hẳnh thnh
nhỳng nh hữợng nghiản cựu hộ trủ cổng tĂc giÊng dÔy trong nh trữớng.

Xin ữủc gỷi lới cÊm ỡn án PGS.TS. Lả TuĐn, PGS.TS. inh Nhữ ThÊo
v cĂc bÔn hồc viản cao hồc cũng nhõm nghiản cựu tÔi trữớng Ôi hồc CƯn Thỡ
 cũng cởng tĂc trong cĂc cổng trẳnh nghiản cựu khoa håc thíi gian qua.

Tỉi cơng xin gûi líi c£m ỡn án quỵ ThƯy Cổ giÊng dÔy v cổng tĂc tÔi
Viằn Vêt lỵ, Hồc viằn Khoa hồc v Cổng nghằ Viằt Nam  truyÃn thử kián
thực v hộ trủ cổng t¡c håc vư cho tỉi trong st thíi gian thüc hiằn à ti.

Xin chƠn thnh cÊm ỡn quỵ ThƯy Cổ cổng tĂc tÔi Khoa Khoa hồc Tỹ
nhiản v cĂc phỏng ban chực nông trữớng Ôi hồc CƯn Thỡ Â tÔo måi i·u
ki»n º tỉi ho n th nh vi»c håc tªp v  nghiản cựu trong cĂc nôm qua.

Cuối cũng, xin gỷi lới tri Ơn án bÔn b v ngữới thƠn, nhỳng ngữới luổn
hộ trủ v ởng viản tổi vữủt qua nhỳng khõ khôn hon thnh luên Ăn ny.

H Nởi, ngy 10 th¡ng 12 n«m 2020

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

LÍI CAM OAN

Tỉi xin cam oan cổng trẳnh ny ữủc tổi thỹc hiằn dữợi sỹ hữợng dăn
cừa GS.TS. on Nhêt Quang, PGS.TS. Nguyạn Thnh Tiản v cĂc nởi dung
liản quan chữa ữủc cổng bố trong bĐt ký luên Ăn no. Cử th, chữỡng 1 l phƯn
lữủc khÊo ti liằu vêt liằu phƠn cỹc v Ênh hững cừa iằn tẵch phƠn cỹc lản hiằn
tữủng vên chuyn iằn tỷ. Chữỡng 2 v 3 l kát quÊ nghiản cựu và hiằn tữủng
giam cƯm lữủng tỷ v vên chuyn iằn tỷ trong cĐu trúc thĐp chiÃu ữủc tổi
thỹc hiằn cũng hai thƯy hữợng dăn GS.TS. on Nhêt Quang, PGS.TS. Nguyạn
Thnh Tiản v cởng sỹ PGS.TS. inh Nhữ ThÊo. Cuối cũng, cĂc kát quÊ vÃ
nghiản cựu hiằn tữủng vên chuyn iằn tỷ trong penta-graphene nanoribbon
thuƯn v pha tÔp bơng lỵ thuyát phiám hm mêt ở ữủc tổi thỹc hiằn cũng
PGS.TS. Nguyạn Thnh Tiản, ThS. Vó Trung Phúc v GS. Rajeev Ahuja, Ôi
hồc Uppsala, Thửy in.

H Nởi, ngy 10 thĂng 12 n«m 2020

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

Mưc lưc

Danh mưc c¡c chú viát tưt iii

Danh sĂch hẳnh v iv

Danh sĂch bÊng ix

PhƯn m Ưu 1

Chữỡng 1 Tờng quan và vêt liằu nghiản 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 trúc d chĐt phƠn cỹc . . . 17

1.1.3 nh hững cừa iằn tẵch phƠn cỹc lản hiằn tữủng vên
chuyn iằn tỷ trong cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc 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

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Chữỡng 2 PhƠn bố iằn tỷ trong cĐu trúc

d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN 38
2.1 Hm sõng bián phƠn cho cĐu trúc d chĐt ỡn ro hỳu hÔn . . . . 39

2.2 C¡c th¸ giam giú i»n tû trong cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc pha tÔp

iÃu bián . . . 40
2.3 Tờng nông lữủng ựng vợi mởt electron trong vũng con thĐp nhĐt . 46
2.4 Kát quÊ tẵnh số v thÊo luên . . . 50
Chữỡng 3 Hiằn tữủng vên chuyn iằn tỷ

trong cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN 56
3.1 Kát quÊ giÊi tẵch . . . 57
3.2 Kát quÊ tẵnh số v thÊo luên . . . 67

3.2.1 ở linh ởng gƠy bi tĂn xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim v tĂn
xÔ nhĂm kát hủp . . . 67
3.2.2 So s¡nh vỵi dú li»u thüc nghiằm . . . 69
Chữỡng 4 Hiằn tữủng vên chuyn iằn tỷ trong penta-graphene
nanoribbon dÔng biản rông cữa pha tÔp 74

4.1 c tẵnh cĐu trúc . . . 75
4.2 c tẵnh vên chuyn iằn tỷ . . . 81

PhƯn kát luªn 90

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

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

transistor) GFET

Graphene nanoribbon GNR

Transistor độ linh động điện tử cao (High electron mobility

transistor) HEMT

Transistor hiệu ứng trường cấu trúc dị chất (Heterojunction

field effect transistor) HFET

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

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

Danh s¡ch h¼nh v³

1.1 Sỹ sưp xáp nguyản tỷ trản mt Ga v N cừa tinh th GaN. Mụi
tản ch hữợng phƠn cỹc tỹ phĂt [11]. . . 18
1.2 GiÊn ỗ vũng v sỹ hẳnh thnh khẵ iằn tỷ hai chiÃu tÔi bà mt

AlGaN/GaN [11]. . . 20
1.3 Sỹ thay ời mêt ở khẵ 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 Sỹ hẳnh thnh cĂc cĐu trúc carbon tø graphite. . . 25
1.6 C§u tróc graphene v  hai dÔng graphene nanoribbon: zigzag v

armchair. . . 26
1.7 a) V trẵ pha tÔp B trong AGNR, b) Pha tÔp N trong AGNR, c)

Pha tÔp B-N trong AGNR, d) Mổ hẳnh thiát b cừa AGNR pha
tÔp B, N hoc ỗng pha tÔp B-N [86]. . . 27
1.8 a) CĐu trúc vũng cừa AGNR thuƯn v AGNR pha tÔp B cĂc v

trẵ khĂc nhau, b) Phờ I-V cừa AGNR thuƯn v AGNR pha tÔp B
v trẵ P4 v P6 tữỡng ựng trong hẳnh 1.7 [86]. . . 28
1.9 a) CĐu trúc vũng cừa AGNR thuƯn v AGNR pha tÔp B-N kát

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

1.10 a) Sỡ ỗ cĐu trúc nguyản tỷ cừa 8-ZGNR v 4 v trẵ tÔp thay thá
khĂc nhau, b) Mổ hẳnh thiát b cừa 8-ZGNR ữủc tổi hõa biản

hydro [87]. . . 29

1.11 CĐu trúc vũng cừa ZGNR pha tÔp B 4 v trẵ khĂc nhau (a, b,
c, d) v  ZGNR thu¦n (e) [87]. . . 29

1.12 CĐu trúc vũng cừa ZGNR pha tÔp N ð 4 và tr½ kh¡c nhau (a, b,
c, d) v  ZGNR thuƯn (e) [87]. . . 30

1.13 CĐu trúc penta-graphene [39]. . . 31

1.14 C¡c c§u tróc penta-graphene nanoribbon [53]. . . 32

1.15 Sỡ ỗ vũng hẳnh thnh tÔi tiáp gi¡p cho mët HEMT. . . 34

1.16 Mỉ h¼nh HEMT GaN. . . 35

1.17 Mổ hẳnh transistor hiằu ựng trữớng dỹa trản graphene. . . 36

2.1 Mổ hẳnh pha tÔp iÃu bián trong cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc
Al-GaN/GaN. . . 39

2.2 H m sâng (a) v  c¡c th¸ giam cƯm (b) trong cĐu trúc d chĐt
phƠn cỹc AlGaN/GaN vợi mêt ở 2DEG n_s = 5ì1012 cm2, mêt
ở donor N_I = 5ì1018 cm3, kẵch thữợc phƠn bố tÔp L_d = 150

A, khoÊng cĂch tứ 2DEG án tÔp L_s= 70 A khi mêt ở iằn tẵch
phƠn cỹc lƯn lữủt l /e= 5ì1012, 1013 v 5ì1013 cm2, ữủc
kỵ hiằu tữỡng ựng a, b v  c. ÷íng li·n n²t v  ùt n²t ùng vợi
mổ hẳnh ro hỳu hÔn v mổ hẳnh ro vổ hÔn. . . 51

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

2.4 Hẳnh (a), hm sõng trong cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN
vợi hm lữủng Al trong hủp kim x = 0.3, mêt ở 2DEG n_s =
5ì1012 cm2, kẵch thữợc phƠn bố tÔp L_d = 150 A, khoÊng cĂch

tứ 2DEG án tÔpL_s= 70A khi mêt ở donor lƯn lữủt lN_I= 1018,
5ì1018 v 1019 cm3, ữủc kỵ hiằu tữỡng ựng a, b v c. Hẳnh (b),

hm sõng trong cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN vợi hm
lữủng Al trong hủp kim x = 0.3, mêt ở 2DEG n_s = 1013 cm2,

kẵch thữợc phƠn bố tÔp L_d = 150 A, mêt ở donor N_I = 5ì1018

cm3 khi khoÊng cĂch tứ 2DEG án tÔp lƯn lữủt l _L

s = 0 A, 70

A v 150 A ữủc kỵ hi»u t÷ìng ùng a, b v  c. ÷íng li·n n²t v
ựt nt ựng vợi mổ hẳnh ro hỳu hÔn v mổ hẳnh ro vổ hÔn. . . 54
3.1 ở linh ởng khi xt tĂn xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim (AD), tĂn xÔ

nhĂm kát hủp (CR) v tờng cĂc tĂn xÔ (Tot) theo mêt ở iằn
tẵch phƠn cỹc /e trong cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc pha tÔp iÃu

bián AlGaN/GaN khi bi¶n ë nh¡m ∆ = 3 A v  ë di tữỡng

quan = 70 A. ỗ th nhọ km theo mổ tÊ hm sõng cừa cĐu

trúc d chĐt phƠn cỹc AlGaN/GaN khi mêt ở 2DEGn_s= 5ì1012

cm2, mêt ở donor _N

I = 5ì1018 cm3, kẵch thữợc phƠn bố tÔp

L_d = 150 A v khoÊng cĂch tứ tÔp án 2DEG L_s = 70 A; a, b,

c ựng vợi giĂ tr mêt ở iằn tẵch phƠn cỹc /e = 5ì1012, 1013,
5ì1013 cm2. . . 68

3.2 ở linh ởng khi xt tĂn xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim (AD), tĂn xÔ
nhĂm kát hủp (CR) v tờng cĂc tĂn xÔ (Tot) theo mêt ở donor

N_I trong cĐu trúc d chĐt phƠn cỹc pha tÔp iÃu bián AlGaN/GaN

vợi hm lữủng Al x= 0.3, mêt ở 2DEG n_s= 5ì1012 cm2, kẵch

thữợc phƠn bố tÔp L_d= 150 A v khoÊng cĂch tứ tÔp án 2DEG

L_s= 70 A khi bi¶n ë nh¡m ∆ = 3A v  ë d i tữỡng quan = 70

A. ỗ th nhọ km theo mổ tÊ hm sõng cừa cĐu trúc d chĐt
phƠn cỹc AlGaN/GaN khi mêt ở 2DEG n_s = 5ì1012 cm2, kẵch

thữợc phƠn bố tÔp L_d= 150 A v khoÊng cĂch tứ tÔp ¸n 2DEG

L_s = 70 A; a, b, c ùng vỵi mêt ở donor N_I = 1018, 5ì1018, 1019

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

3.3 ở linh ởng khi xt tĂn xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim (AD), tĂn xÔ
nhĂm kát hủp (CR) v tờng cĂc tĂn xÔ (Tot) trong cĐu trúc d
chĐt pha tÔp iÃu bián AlGaN/GaN theo hm lữủng Al x vợi
N_I = 4×1018cm−3, L_d= 150 A v L_s = 70 A. Chi·u cao ro V0(x),

mêt ở iằn tẵch phƠn cỹc (x), mêt ở 2DEG n_s(x), biản ở

nhĂm v ở di tữỡng quan thay ời theo x. CĂc chĐm trỏn

tữỡng ựng vợi dỳ liằu thỹc nghiằm ữủc o 77 K [115]. . . 71
3.4 ë linh ëng khi x²t t¡n xÔ bĐt trêt tỹ hủp kim (AD), tĂn xÔ

nhĂm kát hủp (CR) v tờng cĂc tĂn xÔ (Tot) vợi mổ hẳnh ro
hỳu hÔn cho cĐu trúc Al0.27Ga0.73N/GaN (cĂc ỗ th bản trĂi) v

AlN/GaN (ỗ th bản phÊi). CĂc kỵ hiằu vuổng ữủc tổ en v
cĂc kỵ hiằu vuổng trống lƯn l÷đt l  dú li»u thüc nghi»m o ð 20
K cho c§u tróc Al0.27Ga0.73N/GaN v  AlN/GaN [144]. . . 72

4.1 a) CĐu trúc mởt ổ cỡ s cừa SSPGNR Â ữủc tổi hõa biản hydro
v pha tÔp 1 nguyản tỷ (Si, N, P) cũng v trẵ, b) Mổ hẳnh linh
kiằn cừa SSPGNR thuƯn hoc pha tÔp (Si, N, P). . . 76
4.2 C§u tróc vịng cõa SSPGNR, Si-SSPGNR, N-SSPGNR v 

P-SSPGNR. . . 78
4.3 Mêt ở trÔng thĂi v mêt ở trÔng thĂi riảng cừa SSPGNR,

Si-SSPGNR, N-SSPGNR v P-SSPGNR. . . 80
4.4 ỗ th I(V) cừa 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-N-SSPGNR. . . 83
4.6 C§u tróc vịng i»n cüc tr¡i, i»n cüc ph£i v  phờ truyÃn qua tÔi

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

4.7 CĐu trúc vũng i»n cüc tr¡i, i»n cüc ph£i v  phê truy·n qua
cõa N-SSPGNR tÔi a) 0.8V v b) 1.4 V. Vũng mu v ng thº hi»n
kho£ng i»n th¸ kh£o s¡t. c) v  d) TrÔng thĂi tĂn xÔ tÔi nhỳng
giĂ tr nông lữủng c biằt trong cờng iằn thá cho N-SSPGNR
vợi isovalue bơng 0.2. . . 87
4.8 C§u tróc vịng i»n cüc tr¡i, i»n cüc ph£i v  phê truy·n qua cõa

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

Danh sĂch bÊng

1.1 nh hững cừa t số c0/a0 án cữớng 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 cĐu trúc wurtzite ữủc dũng trong

tẵnh toĂn [11]. . . 19
4.1 Nhỳng thay ời và ở di liản kát tứ cĂc v trẵ ữủc pha tÔp án

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

PhƯn m Ưu

Trong thới Ôi ngy nay, cổng nghằ bĂn dăn l mởt trong nhỳng lắnh vỹc
quan trồng v cõ Ênh hững nhĐt án sỹ phĂt trin cừa khoa hồc - cổng nghằ.
Cổng nghằ bĂn dăn l nÃn tÊng cừa x hởi thổng tin,  v ang thúc ây xÂ
hởi loi ngữới tián lản vợi nhỳng sỹ thay ời trong sÊn xuĐt, sinh hoÔt, giao tiáp
v thêm chẵ trong cÊ suy nghắ. Trong cổng nghằ bĂn dăn, vêt liằu bĂn dăn õng
mởt vai trỏ quan trồng. Transistor Ưu tiản ữủc phĂt minh vo nôm 1947 dỹa
trản chĐt bĂn dăn gecmani (Ge) vợi ở rởng vũng cĐm nhiằt ở phỏng l 0.67
eV [1]. MÔch tẵch hủp Ưu tiản ra ới vo nôm 1958, mÔch tẵch hủp khối xuĐt
hiằn vo nôm 1961 sû dưng Ge v  silic (Si) vỵi ë rëng vũng cĐm nhiằt ở
phỏng 1.12 eV [2]. Tứ nôm 1965, silic tr thnh vêt liằu chẵnh cho cĂc mÔch tẵch
hủp bĂn dăn. Hiằn nay, phƯn lợn cĂc ngnh cổng nghiằp bĂn dăn, mÔch tẵch hủp
hoc pin quang iằn văn dỹa trản silic.

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

GaAs (MESFE) sÊn xuĐt Ưu thêp niản 1980 l 1.4 W [3]. NhiÃu nộ lỹc  ữủc
thỹc hiằn cÊi thiằn hiằu suĐt bơng cĂc phữỡng phĂp khĂc nhau những sỹ gia
tông mêt ở cổng suĐt cho transistor hiằu ựng trữớng GaAs l khổng Ăng k.

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

bĂn dăn thay ời Ăng k so vợi cĐu trúc bĂn dăn khối v khi ữủc Ăp trữớng
ngoi [9, 10]. Hỡn nỳa, cĐu trúc d chĐt bĂn dăn cụng cõ nhỳng c tẵnh nởi tÔi

ữu viằt. Mởt trong nhỳng c tẵnh õ l sỹ phƠn cỹc iằn phử thuởc vo hữợng
vêt liằu v cĐu trúc vêt liằu, °c bi»t l  c¡c c§u tróc th§p chi·u [11, 12]. Vẳ vêy,
cĐu trúc d chĐt bĂn dăn l mởt chừ Ã hĐp dăn trong nghiản cựu vêt liằu hiằn
Ôi trong nhúng thªp k qua [13, 14, 15, 16, 17].

Hi»u ùng phƠn cỹc mÔnh tỗn tÔi trong nhiÃu vêt liằu nhữ GaN, ZnO,
MgO, AlAs, InN, . . . M°c dị ¢ cõ mởt số nghiản cựu và Ênh hững cừa hiằu
ựng phƠn cỹc lản cĂc tẵnh chĐt iằn cừa cĂc cĐu trúc trản [13, 14, 18, 19], nhỳng
cổng trẳnh trản thữớng ữủc nghiản cựu trản hằ pha tÔp khổng ỗng nhĐt v
chữa xt án tĐt cÊ cĂc vai trỏ cừa iằn tẵch phƠn cỹc. c biằt, cĐu trúc d
chĐt bĂn dăn th hiằn hiằu ựng giam cƯm phƠn cỹc cƯn ữủc nghiản cựu mởt
cĂch sƠu rởng. Ngoi ra, mối quan hằ giỳa hiằu ựng giam cƯm v c tẵnh vên
chuyn iằn tỷ cƯn ữủc nghiản cựu chi tiát hỡn.

CĂc chĐt bĂn dăn nitride nhõm III bao gỗm GaN, InN, AlN v cĐu trúc
d chĐt cừa chúng ữủc ựng dửng rởng rÂi 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 vịng c§m tø vũng hỗng ngoÔi gƯn
(0.7 eV, InN) án án vũng cỹc tẵm xa (6.2 eV, AlN) [21]. c biằt, so vợi cĂc
chĐt bĂn dăn nhõm III-V v II-IV thổng thữớng, sỹ ph¥n cüc tü ph¡t v  ¡p i»n
trong GaN v  AlN vợi cĐu trúc wuztzite lợn hỡn khoÊng mữới lƯn [11]. Do â,
GaN, AlGaN/GaN, InGaN/GaN, . . . câ thº ÷đc ùng döng cho transistor ë
linh ëng i»n tû cao, transistor hiằu ựng trữớng cĐu trúc d chĐt.

Cũng vợi cĂc cĐu trúc d chĐt, cĂc dÔng thũ hẳnh cừa carbon hiằn nay
ang thu hút ữủc nhiÃu sỹ quan tƠm. Cho án nhỳng nôm giỳa thá k XX,
hai dÔng thũ hẳnh phờ bián nhĐt cừa carbon trong tỹ nhiản l kim cữỡng v
than chẳ. Than chẳ ữủc phĂt hiằn vữỡng quốc Anh vo khoÊng nôm 1500 sau
Cổng nguyản, l mởt vêt liằu bao gỗm nhiÃu lợp nguyản tỷ carbon hai chiÃu
(2D) ữủc sưp xáp trong mởt mÔng lửc giĂc. Do ch cõ 2 trong 3 orbitan p tÔo
liản kát v cõ mởt qu Ôo khổng ghp ổi, qu Ôo pz. Do õ, than chẳ l mởt

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

thũ hẳnh tiáp theo cừa carbon l Buckminster Fullerenes ữủc phĂt hiằn vo
nôm 1984 bði Richard Smalley v  cëng sü [23]. Ti¸p theo, ống nano carbon mởt
chiÃu ữủc Iijima phĂt hiằn Ưu nôm 1990 [24]. °c iºm chung cõa than ch¼,
fullerene v  èng nano carbon l sỹ sưp xáp theo dÔng lửc giĂc cừa cĂc nguyản
tỷ carbon. Tứ mởt lợp nguyản tỷ carbon liản kát theo hẳnh lửc giĂc, ngữới ta cõ
th thu ữủc mởt trong ba dÔng thũ hẳnh ny: xáp chỗng lản nhau tÔo than
chẳ, cuởn thnh ống tÔo th nh èng nano carbon ìn th nh ho°c a th nh
hay uèn thnh mởt quÊ bõng tÔo mởt fullerene.

Nghiản cựu chuyản sƠu và graphene, mởt vêt liằu hai chiÃu (2D) bao gỗm
cĂc nguyản tỷ carbon trong mÔng lửc giĂc tuƯn hon bưt Ưu tứ nôm 2004 [25].
c tẵnh Ăng chú ỵ nhĐt cừa graphene, Ơy l loÔi tinh th mọng nhĐt ữủc
biát vợi ở cựng cỹc lợn, ở n hỗi v ở dăn nhiằt vữủt trởi. Vợi cĐu trúc
hai chiÃu v diằn tẵch bà mt lợn khoÊng 2675 m2/g, graphene th hiằn mởt số

tẵnh chĐt vêt lỵ ởc Ăo. Khổng giống nhữ tinh th ba chiÃu, tĐt cÊ cĂc nguyản
tỷ 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  cĂc tữỡng tĂc khĂc nhau. iÃu ny tÔo trin vồng
lợn cho vi»c thay êi c¡c °c t½nh cõa graphene. Trong nhiÃu nôm qua, nhiÃu
nghiản cựu lỵ thuyát v thỹc nghiằm cho graphene  ữủc thỹc hiằn. Cử th,
viằc tờng hủp graphene ỡn lợp, a lợp hay graphene nanoribbon trản á kim
loÔi  ữủc thỹc hiằn [26, 27, 28]. CĂc tẵnh chĐt iằn tỷ, hõa hồc, tứ tẵnh v
iằn hõa cừa graphene cơng ÷đc xem x²t [29, 30, 31]. Ngo i ra, vêt liằu dỹa
trản graphene chuyn ời nông lữủng mt tríi, quang xóc t¡c, i»n cüc pin
lithium, i»n tû l÷đng tỷ cụng nhữ cĂc cÊm bián iằn hõa v sinh hồc  ữủc
phƠn tẵch [32, 33, 34].

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

Nôm 2015, mởt dÔng thũ hẳnh mợi cừa carbon ữủc dỹ 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 cÊ khi nhiằt ở Ôt 1000 K. Thảm vo õ, penta-graphene
hai chiÃu cõ ở rởng vũng cĐm trỹc tiáp khoÊng 3.25 eV, cao hỡn so vợi cĂc dÔng
thũ hẳnh khĂc cừa carbon [39]. Penta-graphene th hiằn nhiÃu tẵnh chĐt iằn,
nhiằt v  quang ëc ¡o [40, 41]. Nghi¶n cùu v· penta-graphene cụng cho thĐy
hydro hõa cõ th lm tông ở dăn nhiằt cừa PG. Viằc pha tÔp Si, Ge v Sn câ
thº l m gi£m ë rëng vịng c§m cõa PG [42], trong khi PG ữủc pha tÔp kim
loÔi chuyn tiáp cõ th lm tông hoc giÊm ở rởng vũng cĐm ỗng thới tông
cữớng Ăng k sỹ hĐp phử hydro [43]. Vợi t lằ bà mt v ở rởng vũng cĐm
lợn, PG cõ lủi cho sỹ hĐp phử cừa cĂc phƠn tỷ khẵ [44]. Do nhỳng c tẵnh vêt
lỵ v hõa hồc vữủt trởi, thới gian gƯn Ơy PG Â ữủc nghiản cựu thổng qua
cĂc tẵnh toĂn lỵ thuyát v cho thĐy chúng cõ tiÃm nông to lợn Ăp dửng trong
lắnh vüc i»n tû nano, cì håc nano v  ch§t xóc tĂc [45, 46].

Tứ penta-graphene, ngữới ta cõ th tÔo thnh bốn loÔi penta-graphene
nanoribbon (PGNR) vợi dÔng biản khĂc nhau. KhÊo sĂt c tẵnh iằn tỷ cừa
bốn loÔi PGNR cho thĐy, cĂc cĐu trúc th hiằn c tẵnh bĂn dăn hoc kim loÔi.
Mởt số cổng trẳnh  thỹc hiằn têp trung nghiản cựu tẵnh chĐt iằn tỷ cừa cĂc
cĐu trúc PGNR thuƯn, cĐu trúc PGNR ữủc tổi hõa biản bơng cĂc nguyản tỷ
khĂc nhau hoc nghiản cựu tứ tẵnh cừa cĂc dÔng PGNR.

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

Trong mổ hẳnh Drude, cĂc iằn tỷ khổng tữỡng tĂc vợi cĂc iằn tỷ khĂc
hoc vợi mÔng tinh th, giÊ thiát ny phũ hủp vợi phƯn lợn kim loÔi. Mổ hẳnh
Drude cụng cho rơng cĂc iằn tỷ cõ th cõ vên tốc bĐt ký, do õ cõ th cõ nông
lữủng bĐt ký. iÃu ny khổng phũ hủp vợi quan im lữủng tỷ khi nông lữủng
cõ cĂc giĂ tr xĂc nh v giĂn oÔn. Cụng theo mổ hẳnh ny, tĐt cÊ cĂc iằn
tỷ cõ trong vêt dăn Ãu õng gõp vo sỹ dăn iằn những thỹc tá ch¿ câ mët sè
i»n tû ð c¡c lỵp vä i»n tỷ tham gia vo sỹ dăn iằn. Ngoi ra, theo mổ hẳnh
trản, khẵ iằn tỷ tuƠn theo phƠn bố thống kả Maxwell Boltzmann tữỡng ựng
nhữ khẵ lỵ tững, trong khi õ vợi mổ hẳnh thỹc iằn tỷ cõ tữỡng tĂc v tuƠn
theo phƠn bố Fermi Dirac.

Trong mổ hẳnh Drude, cĂc iằn tỷ trổi dồc theo ữớng sực vợi vên tốc
trổi hỳu hÔn v iằn tỷ b tờn hao xung lữủng do va chÔm vợi tÔp chĐt, sai họng
mÔng, dao ởng mÔng, . . . KhoÊng cĂch v thới gian trung bẳnh giỳa cĂc lƯn va
chÔm ữủc gồi l quÂng ữớng tỹ do trung bẳnh v thới gian tỹ do trung bẳnh
cừa cĂc iằn tỷ. ở dăn hay hằ số t lằ chẵnh ữủc xĂc nh bi cổng thực:

= ne

2_τ
m

vỵi n l  sè i»n tû trong mët ìn và thº t½ch, e l  i»n t½ch cõa electron, τ l

thới gian hỗi phửc v m l khối lữủng electron.

Theo mổ hẳnh Drude, khi nhiằt ở tông, cĂc nguyản tỷ trong vêt dăn
chuyn ởng mÔnh hỡn, lm giÊm, kát quÊ l theo cổng thực trản ở dăn giÊm

v iằn tr tông. Viằc tông dỏng qua vêt dăn cụng lm tông số va chÔm bản
trong vêt dăn, do õ nhiằt ở vêt dăn tông. Vợi mổ hẳnh ny, ữớng c trững
dỏng iằn Ăp khổng tuyán tẵnh. im hÔn chá cừa mổ hẳnh Drude l khổng
giÊi thẵch ữủc iằn tr Hall cừa kim loÔi phử thuởc vo tứ trữớng.

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

Trong mổ hẳnh iằn tỷ gƯn tỹ do, cĂc iằn tỷ dăn trong mởt trữớng
thá tuƯn hon. Hm sõng cừa iằn tỷ trong mÔng tinh th cõ dÔng tuƯn hon
v l chỗng chêp tuyán tẵnh cừa cĂc sõng phng. Vêy, mởt tinh th lỵ tững vợi
trữớng thá tuƯn hon lỵ tững s khổng gƠy cÊn tr dỏng iằn hay khổng cõ
iằn tr. Ngữủc lÔi, mởt tinh th b nhiạu loÔn tẵnh tuƯn hon gƠy ra tĂn xÔ
iằn tỷ dăn s³ g¥y ra i»n trð. Cư thº, c¡c sai häng tinh th nhữ khuyát, trống

iằn tỷ, sỹ cõ mt cừa cĂc nguyản tỷ tÔp,. . . hay cĂc dao ởng mÔng tinh th
lm nguyản tỷ xả dch khọi v trẵ cƠn bơng v phĂ vù tẵnh tuƯn hon l hai trong
nhỳng nguỗn in hẳnh gƠy ra tĂn xÔ cho iằn tỷ dăn. Trong mổ hẳnh iằn tỷ
gƯn tỹ do, ngữới ta sû dưng kh¡i ni»m khèi l÷đng hi»u dưng l  khối lữủng cừa
iằn tỷ xuĐt hiằn khi cõ tĂc dửng cừa trữớng ngoi. Sỹ vên chuyn iằn tỷ chu
Ênh hững cừa khối lữủng hiằu dửng v trữớng ngoi. Náu ở linh ởng cng
cao, iằn tỷ dăn liản kát vợi trữớng tinh th cng yáu, iằn tỷ chuyn ởng cng
nhanh. Ơy l cỡ s tÔo ra cĂc linh kiằn hay mÔch iằn tỷ tốc ở cao v rĐt
cao: chuyn trÔng thĂi nhanh v siảu nhanh.

nƠng cao tốc ở xỷ lỵ cừa linh kiằn, ta cƯn tông ở linh ởng cừa
hÔt tÊi v giÊm khoÊng cĂch truyÃn dỏng iằn. Do iằn tỷ di chuyn quanh cĂc
mÔch iằn vợi vên tốc trỉi kho£ng 105 m/s, vỵi thíi gian truy·n i»n tû 0.1 ns

khi dch chuyn giỳa hai transistor gƯn nhau nhĐt khoÊng 1 àm, dỏng s b hÔn

chá khi xỷ lỵ vợi tốc ở khoÊng 10 GHz.

QuÂng ữớng hiằu dửng cừa dỏng iằn trong mởt transistor ữủc c
trững bơng chiÃu di kảnh L phẵa dữợi cỹc cờng, thổng thữớng giĂ trà n y

kho£ng 180 nm. So vỵi c¡c thỉng sè °c trững cừa iằn tỷ: quÂng ữớng tỹ do
trung bẳnh (l), ë d i k¸t hđp pha (lco), ... câ thº mỉ tÊ dỏng nhữ l sỹ khuyách

</div>

<!--links-->