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
Vật lý lý thuyết và Vật lý toán
Luận án này tập trung nghiên cứu hiện tượng vận chuyển điện tử trong các cấu trúc nano bán dẫn, cụ thể là trên vật liệu phân cực AlGaN/GaN và penta-graphene nanoribbon. Về mặt lý thuyết, nghiên cứu đã chỉ ra ảnh hưởng của điện tích phân cực lên đặc tính vận chuyển điện tử của hệ vật liệu AlGaN/GaN. Đối với vật liệu nanoribbon phân cực mới như penta-graphene nanoribbon, luận án đã khảo sát tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực quang điện tử, đồng thời phân tích sự thay đổi đặc tính cấu trúc và vận chuyển điện tử khi pha tạp. Các lý thuyết liên quan đến hiện tượng vận chuyển điện tử trong cấu trúc nano đã được tìm hiểu và áp dụng hiệu quả.
Về kết quả giải tích, phương pháp biến phân đã được sử dụng để xác định biểu thức tổng năng lượng ở trạng thái cơ bản và các thế giam cầm lượng tử, đặc biệt là giam cầm phân cực. Từ đó, các biểu thức cho hàm tự tương quan và độ linh động của hệ điện tử trong cấu trúc dị chất phân cực pha tạp điều biến AlGaN/GaN đã được xác định. Các tính toán số sử dụng Mathematica đã giúp xác định các tham số biến phân, năng lượng trạng thái cơ bản, sự phân bố khí điện tử hai chiều theo mật độ điện tích phân cực, mật độ khí điện tử và mật độ donor. Khảo sát độ linh động riêng phần và tổng cộng theo mật độ donor và mật độ khí điện tử hai chiều trong cấu trúc dị chất phân cực AlGaN/GaN cũng được thực hiện.
Bên cạnh đó, lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) và hàm Green không cân bằng (NEGF) thông qua phần mềm Atomistix ToolKit (ATK) đã được dùng để xây dựng và khảo sát cấu trúc penta-graphene nanoribbon dạng biên răng cưa (SSPGNR) thuần và pha tạp Si, N, P. Các đặc tính điện tử như năng lượng liên kết, cấu trúc vùng, mật độ trạng thái, cùng với tính chất vận chuyển điện tử (đặc trưng I(V) và phổ T(E)) đã được xác định.
Kết quả cho thấy điện tích phân cực đóng ba vai trò: nguồn cung cấp hạt tải, nguồn tán xạ và nguồn giam cầm. Đồ thị độ linh động theo hàm lượng Al và mật độ khí điện tử hai chiều phù hợp tốt giữa tính toán và thực nghiệm khi xét đến tán xạ nhám phân cực. Việc pha tạp ảnh hưởng mạnh mẽ đến đặc tính cấu trúc và vận chuyển điện tử của SSPGNR, với SSPGNR và Si-SSPGNR thể hiện tính bán dẫn, trong khi N-SSPGNR và P-SSPGNR thể hiện tính kim loại, làm tăng cường độ dòng lên 9 bậc độ lớn. Đặc tính điện trở vi phân âm cũng là một điểm nổi bật, làm cho các mẫu này trở thành ứng viên tiềm năng cho các thiết bị điện tử nano.