Link tải luận văn miễn phí cho ae
Luận án TS. Vật lý lý thuyết và Vật lý Toán -- Trường Đại học khoa học Tự nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2010
Các cơ chế tán xạ cơ bản ảnh hưởng đến thời gian hồi phục của hạt tải -- Hiện tượng vận chuyển của hạt tải trong giếng lượng tử pha tạp một phía -- Hiện tượng vận chuyển của hạt tải trong giếng lượng tử pha tạp đối xứng hai phía -- Xác định độc lập các tham số bề mặt Λ và Δ
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Năm 1957 Schrieffer [75] đã đưa ra nhận định rằng: các điện tử bị giam
hãm trong một giếng thế hẹp ở lớp đảo của một chất bán dẫn sẽ có ứng
xử không giống như khí cổ điển. Để đơn giản xét hệ điện tử trong giếng
thế vuông góc sâu vô hạn có hai thành giếng vuông góc với trục z. Với
giếng đủ hẹp, chuyển động theo phương z bị lượng tử hóa. Chuyển động
của hệ điện tử trở thành: chuyển động tự do trong mặt phẳng (x, y) và
bị lượng tử hóa theo phương z, có thể nói chuyển động bị “đóng băng”
theo phương này. Chúng ta có hệ chuẩn 2 chiều (Quasi-two dimensional
system). Hệ thức tán sắc có dạng
E = E
n +
~2
2m
(kx 2 + ky 2),
ở đây kx và ky là các thành phần véctơ sóng trong chuyển động song
song với tiếp biên, còn En là các mức năng lượng xuất hiện khi điện tử
bị giam hãm trong giếng hẹp [4]. Phổ năng lượng của điện tử trở nên
gián đoạn dọc theo các hướng tọa độ bị giới hạn, đó là đặc trưng chung
của hạt dẫn trong các cấu trúc các hệ thấp chiều. Điều này cho thấy
trong các hệ có cấu trúc nano và thấp chiều các quy luật lượng tử bắt
đầu có hiệu lực, trước hết thông qua biến đổi đặc trưng phổ năng lượng.
Công trình thực nghiệm tiên phong của Esaki và Tsu (1970) về
giếng lượng tử đã khởi đầu cho một hướng mới của vật lý nghiên cứu các
tính chất của các hệ điện tử hai chiều. Các nghiên cứu này đóng vai trò
quan trọng trong việc hình thành và phát triển của vật lý và công nghệ
các cấu trúc nano. Thời gian gần đây việc tìm kiếm và nghiên cứu các
vật liệu cho các linh kiện điện tử ngày một nhỏ hơn về kích thước, tiêu
hao ít năng lượng và có tốc độ chuyển mạch nhanh ngày càng trở thành vấn đề cấp bách. Trong đó, việc nâng cao độ linh động của các hạt tải
trong vật liệu đang trở thành mục tiêu hàng đầu và là một thách thức
đối với các nhà vật lý bán dẫn lý thuyết cũng như thực nghiệm.
Từ công thức quen thuộc xác định độ dẫn riêng [20].
σ = enµ,
trong đó σ là độ dẫn điện riêng, e là điện tích của điện tử, n là mật độ
điện tử, µ là độ linh động của điện tử, ta thấy để nâng cao độ dẫn ngoài
việc nâng cao mật độ điện tử cần tăng được độ linh động của nó.
Như đã biết, độ linh động được xác định bằng
µ =
eτ
m∗
với m∗ là khối lượng hiệu dụng, τ là thời gian sống vận chuyển của điện
tử. Công thức trên cho thấy, một trong các biện pháp nâng cao độ linh
động là tìm cách kéo dài thời gian sống. Trong nhiều bài toán của hiện
tượng vận chuyển, vấn đề trung tâm chuyển sang các bài toán nghiên
cứu thời gian sống và kết luận về hai đại lượng trên trong nhiều trường
hợp là đồng nhất.
Thời gian sống vận chuyển và thời gian sống lượng tử
Thời gian sống vận chuyển và lượng tử là hai đại lượng quan trọng
đối một hệ lượng tử. Trong nghiên cứu tính chất vận chuyển của các
hệ thấp chiều người ta nhận thấy rằng có sự khác biệt rõ rệt giữa hai
thời gian đặc trưng nói trên. Thời gian sống vận chuyển τt là thời gian
chuyển động tự do trung bình của hạt tải chuyển động theo phương riêng
biệt (ví dụ của trường ngoài) khi tồn tại các tán xạ. Thời gian sống vận
chuyển được rút ra khi đo độ linh động Hall với từ trường yếu. Thời gian
sống khác là thời gian sống lượng tử τq là thời gian trung bình mà hạt
tồn tại trên một trạng thái lượng tử khi tồn tại các tán xạ. Thời gian
sống lượng tử được xác định từ hàm bao của dao động Shubnikov-de
Haas.
Thời gian sống vận chuyển và thời gian lượng tử là hai tham số
quan trọng thường được sử dụng để đặc cho hiệu suất của các cấu trúc
bán dẫn có độ linh động cao. Để nâng cao hiệu suất của các linh kiện
điện tử cần nghiên cứu và xác định được các cơ chế tán xạ gây
bất lợi cho độ linh động. Người ta chỉ ra rằng [14], một trong các cách
hiệu quả nhất để xác định các cơ chế tán xạ chủ đạo là nghiên cứu thời
gian sống vận chuyển và lượng tử cũng như là tỉ số của chúng (Dingle
ratio). Thời gian sống lượng tử còn liên quan đến sự mở rộng của các
mức Landau của các điện tử trong từ trường ngoài, và với năng lượng
riêng của hạt. Việc lưu trữ và truyền các thông tin bằng các hiện tượng
lượng tử là lĩnh vực nghiên cứu nóng bỏng của các nhà khoa học trên
toàn thế giới. Để làm điều đó người ta phải tìm cách kéo dài thời gian
sống lượng tử của điện tử. Gần đây các nhà vật lý Anh, Mỹ đã sử dụng
từ trường cực mạnh và nâng thời gian sống lượng tử của điện tử lên hơn
50 lần, điều này giúp cho việc xây dựng máy tính lượng tử tiến gần hơn
đến hiện thực. Có thể nói rằng thời gian sống (vận chuyển và lượng tử)
là đại lượng vừa mang đến cho chúng ta những thông tin quan trọng về
hệ lượng tử vừa là đại lượng có tính quyết định cho việc ứng dụng các
hệ đó trong các thiết bị lượng tử. Với những ý nghĩa đó tác giả chọn các
thời gian sống của hệ hạt tải trong các giếng lượng tử bán dẫn làm đối
tượng nghiên cứu để hoàn thành luận án của mình với các vấn đề chính
sẽ được nghiên cứu và giải quyết sẽ được kể đến dưới đây.
2. Mục tiêu, nội dung và phạm vi nghiên cứu của luận án
Mục đích cơ bản của luận án là nghiên cứu ảnh hưởng của cơ chế
giam hãm có tính đến hiệu ứng uốn cong vùng năng lượng lên thời gian sống cũng như các tính chất vật lý của các hệ hạt tải hai chiều trong
giếng lượng tử vuông góc. Các nội dung cơ bản sẽ được tập trung nghiên
cứu và giải quyết trong luận án bao gồm:
1. Luận án nghiên cứu ảnh hưởng của các cơ chế tán xạ cũng như của các
hiệu ứng chắn lên thời gian sống vận chuyển và thời gian sống lượng
tử. Trong một thời gian dài tỉ số Dingle D = τt/τq được sử dụng như
một tiêu chí xác định cơ chế tán xạ nào đóng vai trò chính trong thời
gian sống vận chuyển (và độ linh động ) của hạt tải. Các nghiên cứu
thực nghiệm và lý thuyết [42], [61] gần đây đã chỉ ra sự không chính
xác của kết luận trên.
2. Ảnh hưởng của cơ chế giam hãm khi tính đến hiện tượng uốn cong
vùng năng lượng lên thời gian sống vận chuyển và thời gian sống lượng
tử. Xác định các cơ chế tán xạ cơ bản ảnh hưởng lên các thời gian
sống của hạt tải trong giếng thế vuông góc ở nhiệt độ thấp.
3. Khả năng nâng cao độ linh động của các hạt tải trong linh kiện bán
dẫn bằng cách tác động lên thế giam hãm và hiệu ứng uốn cong vùng
năng lượng [71].
4. Nghiên cứu tỉ số của các thời gian sống của hạt tải trong giếng thế
vuông góc ở nhiệt độ thấp, ở đó tán xạ trên độ nhám bề mặt đóng
vai trò quyết định. Từ tỉ số của các thời gian sống, xác định các tham
số đặc trưng cho phẩm chất của bề mặt vật liệu đó là các tham số ∆
và Λ.
Cho đến nay, đã có rất nhiều các đề xuất khác nhau nhằm nâng
cao độ linh động của hệ điện tử (lỗ trống) bị giam hãm trong giếng lượng
tử được đưa ra. Có thể nêu ra một số phương pháp nhằm tạo ra các thay
đổi nói trên trong các hệ. Người ta chỉ ra rằng ứng suất do sai khác hằng
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Luận án TS. Vật lý lý thuyết và Vật lý Toán -- Trường Đại học khoa học Tự nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2010
Các cơ chế tán xạ cơ bản ảnh hưởng đến thời gian hồi phục của hạt tải -- Hiện tượng vận chuyển của hạt tải trong giếng lượng tử pha tạp một phía -- Hiện tượng vận chuyển của hạt tải trong giếng lượng tử pha tạp đối xứng hai phía -- Xác định độc lập các tham số bề mặt Λ và Δ
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Năm 1957 Schrieffer [75] đã đưa ra nhận định rằng: các điện tử bị giam
hãm trong một giếng thế hẹp ở lớp đảo của một chất bán dẫn sẽ có ứng
xử không giống như khí cổ điển. Để đơn giản xét hệ điện tử trong giếng
thế vuông góc sâu vô hạn có hai thành giếng vuông góc với trục z. Với
giếng đủ hẹp, chuyển động theo phương z bị lượng tử hóa. Chuyển động
của hệ điện tử trở thành: chuyển động tự do trong mặt phẳng (x, y) và
bị lượng tử hóa theo phương z, có thể nói chuyển động bị “đóng băng”
theo phương này. Chúng ta có hệ chuẩn 2 chiều (Quasi-two dimensional
system). Hệ thức tán sắc có dạng
E = E
n +
~2
2m
(kx 2 + ky 2),
ở đây kx và ky là các thành phần véctơ sóng trong chuyển động song
song với tiếp biên, còn En là các mức năng lượng xuất hiện khi điện tử
bị giam hãm trong giếng hẹp [4]. Phổ năng lượng của điện tử trở nên
gián đoạn dọc theo các hướng tọa độ bị giới hạn, đó là đặc trưng chung
của hạt dẫn trong các cấu trúc các hệ thấp chiều. Điều này cho thấy
trong các hệ có cấu trúc nano và thấp chiều các quy luật lượng tử bắt
đầu có hiệu lực, trước hết thông qua biến đổi đặc trưng phổ năng lượng.
Công trình thực nghiệm tiên phong của Esaki và Tsu (1970) về
giếng lượng tử đã khởi đầu cho một hướng mới của vật lý nghiên cứu các
tính chất của các hệ điện tử hai chiều. Các nghiên cứu này đóng vai trò
quan trọng trong việc hình thành và phát triển của vật lý và công nghệ
các cấu trúc nano. Thời gian gần đây việc tìm kiếm và nghiên cứu các
vật liệu cho các linh kiện điện tử ngày một nhỏ hơn về kích thước, tiêu
hao ít năng lượng và có tốc độ chuyển mạch nhanh ngày càng trở thành vấn đề cấp bách. Trong đó, việc nâng cao độ linh động của các hạt tải
trong vật liệu đang trở thành mục tiêu hàng đầu và là một thách thức
đối với các nhà vật lý bán dẫn lý thuyết cũng như thực nghiệm.
Từ công thức quen thuộc xác định độ dẫn riêng [20].
σ = enµ,
trong đó σ là độ dẫn điện riêng, e là điện tích của điện tử, n là mật độ
điện tử, µ là độ linh động của điện tử, ta thấy để nâng cao độ dẫn ngoài
việc nâng cao mật độ điện tử cần tăng được độ linh động của nó.
Như đã biết, độ linh động được xác định bằng
µ =
eτ
m∗
với m∗ là khối lượng hiệu dụng, τ là thời gian sống vận chuyển của điện
tử. Công thức trên cho thấy, một trong các biện pháp nâng cao độ linh
động là tìm cách kéo dài thời gian sống. Trong nhiều bài toán của hiện
tượng vận chuyển, vấn đề trung tâm chuyển sang các bài toán nghiên
cứu thời gian sống và kết luận về hai đại lượng trên trong nhiều trường
hợp là đồng nhất.
Thời gian sống vận chuyển và thời gian sống lượng tử
Thời gian sống vận chuyển và lượng tử là hai đại lượng quan trọng
đối một hệ lượng tử. Trong nghiên cứu tính chất vận chuyển của các
hệ thấp chiều người ta nhận thấy rằng có sự khác biệt rõ rệt giữa hai
thời gian đặc trưng nói trên. Thời gian sống vận chuyển τt là thời gian
chuyển động tự do trung bình của hạt tải chuyển động theo phương riêng
biệt (ví dụ của trường ngoài) khi tồn tại các tán xạ. Thời gian sống vận
chuyển được rút ra khi đo độ linh động Hall với từ trường yếu. Thời gian
sống khác là thời gian sống lượng tử τq là thời gian trung bình mà hạt
tồn tại trên một trạng thái lượng tử khi tồn tại các tán xạ. Thời gian
sống lượng tử được xác định từ hàm bao của dao động Shubnikov-de
Haas.
Thời gian sống vận chuyển và thời gian lượng tử là hai tham số
quan trọng thường được sử dụng để đặc cho hiệu suất của các cấu trúc
bán dẫn có độ linh động cao. Để nâng cao hiệu suất của các linh kiện
điện tử cần nghiên cứu và xác định được các cơ chế tán xạ gây
bất lợi cho độ linh động. Người ta chỉ ra rằng [14], một trong các cách
hiệu quả nhất để xác định các cơ chế tán xạ chủ đạo là nghiên cứu thời
gian sống vận chuyển và lượng tử cũng như là tỉ số của chúng (Dingle
ratio). Thời gian sống lượng tử còn liên quan đến sự mở rộng của các
mức Landau của các điện tử trong từ trường ngoài, và với năng lượng
riêng của hạt. Việc lưu trữ và truyền các thông tin bằng các hiện tượng
lượng tử là lĩnh vực nghiên cứu nóng bỏng của các nhà khoa học trên
toàn thế giới. Để làm điều đó người ta phải tìm cách kéo dài thời gian
sống lượng tử của điện tử. Gần đây các nhà vật lý Anh, Mỹ đã sử dụng
từ trường cực mạnh và nâng thời gian sống lượng tử của điện tử lên hơn
50 lần, điều này giúp cho việc xây dựng máy tính lượng tử tiến gần hơn
đến hiện thực. Có thể nói rằng thời gian sống (vận chuyển và lượng tử)
là đại lượng vừa mang đến cho chúng ta những thông tin quan trọng về
hệ lượng tử vừa là đại lượng có tính quyết định cho việc ứng dụng các
hệ đó trong các thiết bị lượng tử. Với những ý nghĩa đó tác giả chọn các
thời gian sống của hệ hạt tải trong các giếng lượng tử bán dẫn làm đối
tượng nghiên cứu để hoàn thành luận án của mình với các vấn đề chính
sẽ được nghiên cứu và giải quyết sẽ được kể đến dưới đây.
2. Mục tiêu, nội dung và phạm vi nghiên cứu của luận án
Mục đích cơ bản của luận án là nghiên cứu ảnh hưởng của cơ chế
giam hãm có tính đến hiệu ứng uốn cong vùng năng lượng lên thời gian sống cũng như các tính chất vật lý của các hệ hạt tải hai chiều trong
giếng lượng tử vuông góc. Các nội dung cơ bản sẽ được tập trung nghiên
cứu và giải quyết trong luận án bao gồm:
1. Luận án nghiên cứu ảnh hưởng của các cơ chế tán xạ cũng như của các
hiệu ứng chắn lên thời gian sống vận chuyển và thời gian sống lượng
tử. Trong một thời gian dài tỉ số Dingle D = τt/τq được sử dụng như
một tiêu chí xác định cơ chế tán xạ nào đóng vai trò chính trong thời
gian sống vận chuyển (và độ linh động ) của hạt tải. Các nghiên cứu
thực nghiệm và lý thuyết [42], [61] gần đây đã chỉ ra sự không chính
xác của kết luận trên.
2. Ảnh hưởng của cơ chế giam hãm khi tính đến hiện tượng uốn cong
vùng năng lượng lên thời gian sống vận chuyển và thời gian sống lượng
tử. Xác định các cơ chế tán xạ cơ bản ảnh hưởng lên các thời gian
sống của hạt tải trong giếng thế vuông góc ở nhiệt độ thấp.
3. Khả năng nâng cao độ linh động của các hạt tải trong linh kiện bán
dẫn bằng cách tác động lên thế giam hãm và hiệu ứng uốn cong vùng
năng lượng [71].
4. Nghiên cứu tỉ số của các thời gian sống của hạt tải trong giếng thế
vuông góc ở nhiệt độ thấp, ở đó tán xạ trên độ nhám bề mặt đóng
vai trò quyết định. Từ tỉ số của các thời gian sống, xác định các tham
số đặc trưng cho phẩm chất của bề mặt vật liệu đó là các tham số ∆
và Λ.
Cho đến nay, đã có rất nhiều các đề xuất khác nhau nhằm nâng
cao độ linh động của hệ điện tử (lỗ trống) bị giam hãm trong giếng lượng
tử được đưa ra. Có thể nêu ra một số phương pháp nhằm tạo ra các thay
đổi nói trên trong các hệ. Người ta chỉ ra rằng ứng suất do sai khác hằng
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links