Thông tin tài liệu
MC LC i MỤC LỤC Trang MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ v GIỚI THIỆU CHUNG 1 1 TỔNG QUAN 8 1.1 Khái quát về câu chuyện graphene 8 1.2 Một số kiến thức nền tảng 12 1.2.1 Lai hóa sp 2 và các kiểu liên kết σ và π 12 1.2.2 Cấu trúc mạng tinh thể graphene 13 1.2.3 Các tính chất đối xứng của mạng tinh thể graphene 15 1.2.4 Cấu trúc vùng năng lượng của điện tử 15 1.2.5 Hệ thức tán sắc của các trạng thái năng lượng thấp - mô hình Dirac 18 1.2.6 Hàm sóng của các trạng thái kích thích năng lượng thấp 20 1.2.7 Mật độ trạng thái điện tử 21 1.2.8 Bài toán về cấu trúc vùng năng lượng điện tử c ủa dải nano graphene (graphene nanoribbons) 22 1.2.8.1 Dải nano graphene biên zigzag 23 1.2.8.2 Dải nano graphene biên armchair (tay vịn) 25 1.2.8.3 Gói (package) phần mềm mô phỏng về cấu trúc vùng năng lượng điện tử của các dải nano graphene 28 1.3 Ứng dụng của graphene trong các ứng dụng điện tử và quang điện tử 30 2 CẤU TRÚC ĐIỆN TỬ VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA SIÊU MẠNG GRAPHENE 38 2.1 Giới thiệu 38 2.2 Mô hình lý thuyết và phương pháp tính 41 2.2.1 Tính toán cấu trúc vùng năng lượng 41 2.2.2 Tính toán đặc trưng hấp thụ quang 45 2.3 Kết quả và thảo luận 52 2.3.1 Tính chất điện tử của GSLs: sự định xứ kỳ lạ của một số trạng thái điện tử 52 2.3.2 Tính chất quang của cấu trúc GSLs: sự suy giảm độ dẫn quang trong miền năng lượng photon (0,U b ) và sự phụ thuộc vào trạng thái phân cực của photon 61 2.4 Kết luận chương 67 ii MC LC 3 SỰ TRUYỀN DẪN ĐIỆN TỬ QUA BỀ MẶT TIẾP XÚC KIM LOẠI-GRAPHENE 69 3.1 Giới thiệu 69 3.2 Mô hình lý thuyết và tính toán 72 3.3 Kết quả và thảo luận 76 3.4 Kết luận chương 80 4 MÔ PHỎNG LINH KIỆN GFETs 81 4.1 Giới thiệu 81 4.2 Cấu trúc linh kiện, mô hình và phương pháp mô phỏng 81 4.2.1 Cấu trúc GFETs nghiên cứu 81 4.2.2 Phương pháp mô phỏng 83 4.2.2.1 Packages OPEDEVS: Module GFET 83 4.2.2.2 Kiến thức nền tảng của module GFETs 83 4.2.2.3 Phát triển module GFETs cho đối tượng nghiên cứu 89 4.3 Kết quả và thảo luận 92 4.3.1 Thế năng tĩnh điện và phân bố hạt tải 92 4.3.2 Đặc trưng truyền dẫn của GFETs 95 4.4 Kết luận chương 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 113 PHỤ LỤC 114 Phụ lục 1. Bảng ma trận Hamiltonian của GSLs 114 Phụ lục 2. Bảng ma trận vận tốc của GSLs 116 Phụ lục 3. Cách sử dụng module GFETs 120 DANH MC CÁC KÝ HIU VÀ CH VIT TT iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1. GSLs : Siêu mng graphene (Graphene superlatices) 2. GFETs : Transistor hiu ng trng kênh dn làm bng vt liu graphene (Graphene-based Field-Effect Transistors) 3. MOSFET : Kim loi-Oxit-Bán dn transistor hiu ng trng silicon (Metal- Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) 4. NEGF : Hàm Green không cân bng (Non-Equilibrium Green's Functions) iv DANH MC CÁC BNG DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1. Giá trị ước tính cho các thông số mô hình và điện trở suất/độ dẫn điện của một vài tổ hợp M-G 77 Bảng 4.1 Số liệu dòng cực tiểu và dòng cực đại cho các mẫu GFETs cho trên Hình 4.9 97 DANH MC CÁC HÌNH NH, TH v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Trang Hình M. 1 Một số cấu hình của cacbon 2 Hình M. 2 A. Geim, cha đẻ của graphene. 3 Hình 1.1 Hiệu ứng trường trong vài lớp graphene [69]. 9 Hình 1.2 Quan sát thực nghiệm của hiệu ứng Hall lượng tử dị thường ở graphene [70] 9 Hình 1.3 Ảnh TEM độ phân giải cao của một mẫu graphene [52] 12 Hình 1.4 Sự lai hóa sp 2 trong graphene; (a) Sự hình thành lai hóa orbital nguyên tử, (b) Cấu trúc orbital sau khi lai hóa. Orbital π (hồng) vuông góc với mặt phẳng chứa ba orbital σ (vàng cam)[53]. 13 Hình 1.5 Liên kết σ và liên kết π trong graphene; (a) Mô hình liên kết σ, (b) Mô hình liên kết π, (c) Liên kết σ trong graphene, các orbital σ đều nằm trong mặt phẳng mạng, (d) Liên kết π trong graphene, các orbital π vuông góc với mặt phẳng mạng [54] 13 Hình 1.6 Mô hình mạng tinh thể graphene 14 Hình 1.7 Cấu trúc mạng đảo của graphene và vùng Brillouin 14 Hình 1.8 Sự đối xứng mạng tinh thể graphene 15 Hình 1.9 Liên kết lân cận trong mạng tinh thể graphene 16 Hình 1.10 Cấu trúc vùng năng lượng của graphene trong vùng Brillouin I; a) Đồ thị trong không gian 3 chiều, b) Đồ thị contour chiếu lên mặt phẳng (k x ,k y ), c) Đồ thị đi theo các hướng đặc biệt. 18 Hình 1.11 Hàm mật độ trạng thái của điện tử 22 Hình 1.12 Dải nano graphene biên zigzag 23 Hình 1.13 Dải nano graphene biên armchair 25 Hình 1.14 Giao diện packages tính toán cấu trúc vùng năng lượng điện tử của dải nano graphene 28 Hình 1.15 Kết quả hiển thị của packages với các đầu vào tương ứng: a) mono layer biên zigzag, b) mono layer biên armchair, c) bilayer biên zigzag, d) bilayer biên armchair 29 Hình 1.16 Chức năng vẽ lại mẫu graphene đã tính toán 29 Hình 1.17 Một cấu trúc transistor hiệu ứng trường thông thường (MOSFET) [34] 30 Hình 1.18 Một số mô hình linh kiện graphene đầu tiên [34] 31 Hình 1.19 Đặc trưng truyền dẫn của MOSFET điển hình dùng graphene kích thước lớn [34]. MOSFET 1 ứng với trường hợp sử dụng graphene từ phương pháp bóc tách hay mọc trên kim loại, MOSFET 2 ứng với trường vi DANH MC CÁC HÌNH NH, TH hợp sử dụng graphene từ phương pháp epitaxy 32 Hình 1.20 Đặc tuyến Von-Ampe của MOSFET graphene [116]. (a): MOSFET 1 sử dụng graphene từ phương pháp bóc tách, (c): MOSFET 2 sử dụng graphene từ phương pháp epytaxy 33 Hình 1.21 Mô hình linh kiện GFETs trong nghiên cứu mô phỏng của nhóm J. Chauhan [68] 34 Hình 1.22 Quy trình chế tạo GFETs với điện cực cổng làm bằng dây nano GaN [82]. Hình f) minh họa sự hình thành lớp tiếp xúc Schottky giữa bề mặt tiếp xúc grapheme-GaN. 36 Hình 2.1 Hình ảnh mô tả một cấu trúc GSLs. a) Minh họa cấu trúc GSLs, b) Hình dạng của hàm thế tĩnh điện gây ra bởi các điện cực và hình dạng của các ô cơ sở của A-GSL và Z-GSL trong một chu kỳ thế, c) vùng Brillouin thứ nhất của A-GSL với hai điểm K 40 Hình 2.2 Ô đơn vị trong cấu trúc GSLs, a) A-GSLs, b) Z-GSLs 41 Hình 2.3 Vùng Brillouin I của cấu trúc GSLs, a) A-GSLs, b)Z-GSLs 53 Hình 2.4 Toàn bộ cấu trúc vùng năng lượng của một mẫu GSLs. a) A- GSLs, b) Z-GSLs, c) phần phóng to lân cận điểm K của A-GSLs, d) phần phóng to lân cân điểm K của Z-GSLs 54 Hình 2.5 Cấu trúc vùng năng lượng của A-GSLs với N = 2N 1 = 30, a) U b = 0 eV, b) U b = U 0 , c) U b = 2U 0 , d) U b = 3U 0 55 Hình 2.6 Cấu trúc vùng năng lượng của Z-GSLs với N = 2N 1 = 40, a) U b = 0 eV, b) U b = 2U 0 , c) U b = 4U 0 , d) U b = 6U 0 55 Hình 2.7 Biểu đồ xác suất tìm thấy điện tử p z trong một chu kỳ của hàm thế, mật độ xác xuất P n (k y ,x) với k x = 0 và n = 1, 2, 3 và 4 57 Hình 2.8 Kiểm tra hàm sóng của GSLs tại các vùng khác nhau tương ứng với các chỉ số về vector sóng và mức năng lượng khác nhau 57 Hình 2.9 Sự thay đổi của đường cong tán sắc, a) dọc theo phương k y , b) dọc theo phương k x , minh họa việc ghim lại của một số mặt năng lượng trong A-GSLs 58 Hình 2.10 Minh họa sự hình thành của các hình nón Dirac trong cấu trúc điện tử của A-GSLs 59 Hình 2.11 Mật độ trạng thái của các điện tử p z trong GSLs. Hình nhỏ là thu nhỏ của DOS trong vùng năng lượng cỡ 1 eV cho thấy rằng với nhiều đỉnh của DOS trong trường hợp GSLs là sự phản ánh của các đặc tính topo của các bề mặt năng lượng trong phạm vi năng lượng của sự thay đổi của thế năng 60 Hình 2.12 Độ dẫn quang của GSLs và graphene 62 Hình 2.13 Sự suy giảm độ dẫn quang của graphene bị "pha tạp" trong phạm vi năng lượng photon (0, 2E F ), vơi E F là năng lượng Fermi. Sơ đồ minh họa cơ chế ngăn chặn quá trình chuyển ngoại dải của điện tử có tên gọi là khóa Pauli. 63 Hình 2.14 So sánh các phần tử của ma trận chuyển quang của graphene (các đường cong màu đỏ) và GSLs 64 DANH MC CÁC HÌNH NH, TH vii Hình 2.15 Phân tích đóng góp của quá trình chuyển quang từ các vùng năng lượng khác nhau trong vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn vào độ dẫn quang tổng cộng 65 Hình 2.16 Minh chứng cho sự chuyển mức nổi trội của các điện tử p z từ vùng hóa trị lên vùng dẫn 66 Hình 2.17 Sơ đồ minh họa một mô hình hiệu dụng giải thích các hành vi của độ dẫn quang của GSLs 67 Hình 3.1 Phương pháp đo để đánh giá ảnh hưởng kim loại lên graphene của nhóm Huard 70 Hình 3.2 Xem xét điện trở tiếp xúc M-G theo kiểu lớp chuyển tiếp n-p 71 Hình 3.3 Cấu trúc kim loại - graphene - kim loại (M-G-M) 72 Hình 3.4 Graphene tiếp xúc bề mặt với mặt (1 1 1) của kim loại mạng lập phương tâm mặt với ô đơn vị của graphene chứa 2 nguyên tử (Cu-FCC) 74 Hình 3.5 Graphene tiếp xúc bề mặt với mặt (1 1 1) của kim loại mạng lập phương tâm mặt với ô đơn vị của graphene chứa 8 nguyên tử (Ag, Al, Ir, Pt, Au-FCC) 74 Hình 3.6 Graphene tiếp xúc bề mặt với mặt (0 0 0 1)của kim loại mạng lục giác xếp chặt với ô đơn vị của graphene chứa 2 nguyên tử (Co-HPC) 74 Hình 3.7 Graphene tiếp xúc bề mặt với mặt (0 0 0 1)của kim loại mạng lục giác xếp chặt với ô đơn vị của graphene chứa 8 nguyên tử (Cd, Ru, Ti- HPC) 74 Hình 3.8 Cấu trúc vùng điện tử và pz-DOS (a, b) của tổ hợp G-Cu và, (c, d) tổ hợp G-Ti, tính bằng cách sử dụng code VASP4.6 (đường cong màu xanh) và mô hình đề xuất (đường cong màu đỏ) 76 Hình 3.9 Đặc trưng von-ampe của tổ hợp (a, f) Cu-G-Cu, (b, g) Au-G-Au, (c, h) Pt-G-Pt, (d, i) Pd-G-Pd, và (e, j) Ti-G-Ti. Năm đồ thị trên là kết quả của việc tính toán bằng việc sử dụng các giá trị của z ps t và z pd t cho trong Bảng 3.1 và năm đồ thị bên dưới là tính bằng việc sử dụng các giá trị nhỏ hơn một bậc 78 Hình 3.10 Hình ảnh của xác suất truyền qua như là một hàm của vector sóng k và năng lượng E với các giá trị khác nhau của điện áp của hai tổ hợp: Cu-G-Cu (bốn hình trên) và Pd-G-Pd (bốn hình dưới) 79 Hình 4.1 Mặt cắt ngang sơ đồ nguyên lý của mô hình GFETs nghiên cứu 82 Hình 4.2 Dạng linh kiện GFETs cụ thể trong gói OPEDEVS do TS. Đỗ Vân Nam phát triển 89 Hình 4.3 Sơ đồ thuật toán của quá trình giải hai phương trình (4.6) và (4.7) 90 Hình 4.4 Miền không gian linh kiện GFETs nghiên cứu 90 Hình 4.5 Thế năng tĩnh điện và mật độ hạt tải của cấu trúc GFETs có chiều dài kênh dẫn L c = 60nm, G-M Re Σ =-0.1eVvà V DS = 0.0V 93 Hình 4.6 Thế năng tĩnh điện và mật độ hạt tải của cấu trúc GFETs có viii DANH MC CÁC HÌNH NH, TH chiều dài kênh dẫn L c = 60nm, G-M Re Σ =-0.1eVvà V DS = 0.2V 94 Hình 4.7 Độ dẫn G của một số mẫu GFETs phụ thuộc vào V GS với hai trường hợp khác nhau của G-M Re Σ liên quan đến ảnh hưởng của điện cực kim loại 95 Hình 4.8 Độ dẫn G thực nghiệm trong nghiên cứu của nhóm Lei Liao với L c = 50-100nm 95 Hình 4.9 Đặc trưng I DS -V GS của một số mẫu GFETs 97 Hình 4.10 Đặc trưng I DS -V GS theo đo đạc thực nghiệm của nhóm Lei Liao với L c = 50-100nm 97 Hình 4.11 Đặc trưng I DS -V DS của một mẫu GFETs với L C = 40nm tại một số giá trị V GS , a) kết quả tính toán, b) kết quả thực nghiệm của nhóm Lei Liao 98 Hình 4.12 Độ dẫn G của một mẫu GFETs phụ thuộc vào V GS với sự ảnh hưởng của phần ảo G-M =Im Σ liên quan đến ảnh hưởng của điện cực kim loại 99 Hình 4.13 Đặc trưng I DS -V GS của một mẫu GFETs với sự ảnh hưởng của phần ảo G-M =Im Σ liên quan đến ảnh hưởng của điện cực kim loại 99 Hình 4.14 Quy trình thực hiện của module GFET trong packages OPEDEVS 120 Hình 4.15 Một ví dụ về cấu trúc hình học của một linh kiện GFETs nghiên cứu 121 GII THIU CHUNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1. Lý do chọn đề tài và khái quát luận án S phát trin mnh m ca nhiu lnh vc khoa hc và k thut/công ngh, nht là lnh vc in t và công ngh thông tin, ã làm cho i sng xã hi toàn cu có nhiu din mo mi. Có th nói, các sn phm in t hin nay có mt khp mi ni vi giá thành r, và mc dù nh gn nhng li có rt nhiu chc nng. V mt công ngh, lý do chính dn n nhng thành qu nh th chính là nh nhng thành công trong vic phát trin các mch tích hp (Integrated Circuit - IC) trong ó mt s lng ln các linh kin c bn (ví d nh các transistor, diot) ã c tích hp mt cách ti u. Nh ã bit, mc dù các transistor hot ng theo nguyên lý trng (chng hn nh các linh kin MOSFET - Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) c s dng t khá sm, ngành công nghip in t và bán dn ch thc s t c bc trin nhy vt khi thit b vi tên gi CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) c phát minh. V c bn, CMOS có th c xem là mt mch tích hp n gin nht trong ó ch bao gm hai linh kin MOSFET, mt vi vi kênh dn loi p và mt vi kênh dn loi n, kt ni vi nhau và hot ng theo cách bù tr, b tr cho nhau (khi p-MOSFET hot ng thì n-MOSFET óng, và ngc li). Hot ng ca mch CMOS thc s ã to ra mt h thng óng-m hiu qu (tiêu tn ít nng lng) và do ó tr thành mt yu t vt lý c bn trong các thit b in t. Có th nói ng lc thúc y vic phát trin các mch tích hp là da trên ba yu t c bn: i) nhu cu gia tng các chc nng ca h thng, ii) nâng cao nng lc lu tr thông tin, và iii) ti u và nâng cao tc x lý. Gii pháp thu nh kích thc ca các linh kin nn tng (cho n nay) c xem là rt thích hp có th áp ng c ng thi ba nhu cu này. Thc t cho thy, gii pháp này không nhng cho phép nâng cao mt linh kin c bn trên mch IC mà còn làm tng tc hot ng thit b. S phát trin ca lnh vc in t-bán dn thông qua vic thu nh kích thc ca linh kin MOSFET có th c phn ánh rõ nét nht thông qua cái c gi là “nh lut Moore” (ghi nhn qua bài báo Moore vit cho tp chí Electronics Magazine s ra ngày 19 tháng 4 nm 1965 nhân k nim 35 nm ra i ca tp chí này) din t tc tích hp các linh kin c bn trong mch IC: “S lng transistor trên mi n v inch vuông s tng lên gp ôi sau mi nm." (1 inch vuông xp x 6,45 cm²). Thc t tc gia tng không hoàn toàn chính xác nh vy mà có nhng thay i song vn phn ánh úng c tinh thn ca phát biu này (chng hn, nm 2000 chu k ca s phát trin c sa li là 18 tháng). S úng n n tài tình ca nhn xét này t khi ra i n nay ã không ch phán ánh các thành qu t c mà còn là mt mc tiêu phn u ca các nhà công nghip cng nh i vi các nhà khoa hc trong vic xác nh i tng nghiên cu trong gii hn ca nn công nghip hin thi. Vào nhng nm u ca th k 21, “nh lut Moore” vn t ra còn nghim úng, mc dù nhiu vn thách thc ã ny sinh t khá lâu, c bit khi mà hàng t transistors ã c tích hp thành công trong mi IC. Tuy nhiên, ngành công nghip in t và bán dn ã và ang dn thay i trng tâm ca mình sang lnh vc nâng cao hiu nng s dng nng lng trên tt c các cp . Vn t ra trong thi k này là tìm cách khai thác hiu qu hn na kh nng tích hp transistor tip tc ci thin vn hiu nng nhng vn nm trong phm vi cho phép v mt công sut tiêu th nng lng. tip tc tng hiu nng hot ng ca các linh kin in t bán dn phi gii phóng nhanh chóng lng nhit c sinh ra nhng rõ ràng ây là mt s chuyn i khó gia vn s dng nng 2 GII THIU CHUNG lng và công sut làm vic. Các linh kin in t vi công ngh 22 nm hin nay ã c Intel a vào sn xut. Khác vi các công ngh phng trc ó, ngha là các kênh dn in ca các transistor c iu khin bng các in cc cng phng, công ngh 22 nm s s dng mt t phá mi c gi là công ngh 3D. ây chính là kt qu ca nhng nghiên cu c bn trc ó trong lnh vc vt lý linh kin, trong ó các kênh dn là các dây lng t (quantum wires) và c iu khin bng các in cc cng hình ch (omega-gate) bao quanh chu vi ca kênh dn [49]. Tuy nhiên, có mt iu chc chn là s không th tip tc kéo dài xu hng thu nh kích thc linh kin mt cách liên tc và mãi mãi c. V mt vt lý, khi kích thc ca các cu trúc nh MOSFET t n mt gii hn nào ó, các hiu ng lng t nh hiu ng giam cm lng t, hiu ng chui ngm lng t, hiu ng kt hp pha lng t, hiu ng dính lu lng t, … s tr nên ni tri và thm chí có th quy nh hot ng ca các cu trúc linh kin. iu này chính là vn then cht mà các nhà vt lý và k thut ang lo ngi khi tip tc gim kích thc linh kin bán dn. Thc t, trong quá trình phát trin theo xu hng thu nh kích thc linh kin ngi ta ã nhn thy mt s các vn liên quan n biu hin v tin cy ca các linh kin và ã c cp n thông qua khái nim “hiu ng kênh dn ngn” (short channel effects). Tuy nhiên, theo lý thuyt scaling ca Robert Dennard a ra vào nm 1974 thì có th gim thiu c các tác ng ca các hiu ng kênh dn ngn này nu ng thi gim chiu dài và dày ca kênh dn cng nh s dng các loi vt liu làm kênh dn có linh ng ca in t cao. Và nh vy, hin nay ang din ra hai xu hng nghiên cu c bn ó là: i) tìm kim và khai thác các loi vt liu tiên tin có s n nh v cu trúc và có linh ng ca in t ln; ii) tìm tòi các thit k cu trúc linh kin mi mà có th khai thác s dng c các hiu ng vt lý mi xut hin trong các cu trúc thp chiu. Vi hng nghiên th nht, ngha là tìm kim các loi vt liu mi, trong nhng nm 90 ca th k trc vi vic phát hin ra ng cacbon nano (Carbon nanotubes) ngi ta ã cho rng chính cacbon, nguyên t nn tng ca s sng, có th s giúp gii quyt các vn mà công ngh hin thi ang gp phi, và rt có th khai sinh ra mt th h công ngh mi [41,101]. Hình M. 1 Một số cấu hình của cacbon a) Kim cương, b) Than chì, c)Lonsdaleite, d) C60, e) C540, f) C70, g) Amorphous cacbon, h) Ống nano cacbon đơn tường, k) Graphene và sự hình thành các cấu trúc nano khác từ graphene [5] Hin nay ngi ta ã bit n rt nhiu dng hình thù mà nguyên t carbon có th tn [...]... cấu trúc điện tử và các tính chất truyền dẫn điện của các màng graphene [122-128] ứng trước bối cảnh có rất nhiều vấn đề cần phải giải quyết mà cộng đồng quốc tế đang rất quan tâm đề tài luận án này đã được đặt ra với một tên gọi là: Nghiên cứu các tính chất điện tử, quang học và truyền dẫn của vật liệu graphene hướng tới các ứng dụng điện tử và quang điện tử Để thực hiện đề tài nghiên cứu này,... i) nghiên cứu hành vi hay cấu trúc các trạng thái khả dĩ của các điện tử dẫn trong graphene dưới các điều kiện tác động khác nhau, chẳng hạn như điều kiện biên, tác động của trường ngoài, và ii) nghiên cứu hành vi vận động hay sự truyền dẫn của các hạt tải điện (các trạng thái kích thích điện tử) bên trong các kênh dẫn điện graphene cũng như sự tiêm điện tử qua các lớp tiếp xúc giữa các loại vật liệu. .. lớp các nguyên tử carbon Các nghiên cứu cơ bản chỉ ra rằng các tính chất điện tử của graphene cực kỳ nhạy cảm với các tác động vào bề mặt lớp này Trong khuôn khổ luận án này chúng tôi tập trung nghiên cứu về cơ chế truyền dẫn của điện tử qua lớp tiếp xúc giữa graphene và các bề mặt kim loại Nói cách khác, chúng tôi muốn tìm hiểu xem cách thức mà điện tử có thể được tiêm vào kênh dẫn graphene trong các. .. Approximation) để tính toán cấu trúc điện tử của graphene và các dải nano, cũng như của các cấu trúc graphene siêu mạng Các khảo sát về cách thức phản ứng lại của các màng graphene do tác động của các bức xạ điện từ trường trong dải tần số quang học được thực hiện qua việc tính toán độ dẫn quang thông qua hình thức luận Kubo Chúng tôi đã phát triển một công cụ mô phỏng lượng tử các tính chất truyền dẫn điện của. .. vùng năng lượng của điện tử bên trong graphene trong các điều kiện nội tại và xử lý/chế tác khác nhau, và - Khảo sát các tính chất truyền dẫn của các trạng thái kích thích điện tử bên trong các màng graphene như các kênh dẫn điện trong một số cấu trúc linh kiện điển hình 4 Phương pháp nghiên cứu Trong số rất nhiều phương pháp tính toán cấu trúc điện tử của vật liệu chúng tôi lựa chọn và sử dụng phương... ra graphene cùng với việc phát hiện ra nhiều tính chất vô cùng thú vị của nó như khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt cực tốt và gần như là trong suốt trong miền ánh sáng nhìn thấy lại càng thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trong các lĩnh vực khoa học khác nhau, từ nghiên cứu cơ bản tới nghiên cứu ứng dụng [6, 33] Ở góc độ lịch sử, các tính chất cơ bản của điện tử trong mạng tinh thể graphene. .. biết năm 2004 rất nhiều nghiên cứu (cả về lý thuyết cũng như thực nghiệm về graphene và các cấu hình một chiều của nó – các nanoribbons) đã tập trung vào việc khảo sát các tính chất nội tại của graphene cũng như những thay đổi do các tác động từ bên ngoài [150, 152] Các nghiên cứu đã công bố cho thấy các tính chất của graphene và các dải nano graphene rất nhạy cảm với hình dạng hay các điều kiện xử lý... trong các linh kiện sử dụng graphene - Tính toán các đặc trưng truyền dẫn của một cấu trúc linh kiện transistor hiệu ứng trường sử dụng graphene làm kênh dẫn (GFETs) 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu Luận án này sử dụng cách tiếp cận lý thuyết kết hợp với tính toán mô phỏng để giải quyết một số bài toán cơ bản nảy sinh trong quá trình khảo sát tiềm năng ứng dụng của vật liệu graphene. .. tích hợp trong các cấu trúc linh kiện khác nhau Cụ thể đối với bài toán thứ nhất, trước tiên chúng tôi thực hiện lại những nghiên cứu về các tính chất điện tử nội tại của các màng graphene lý tưởng trong đó tập trung vào các trạng thái của các điện tử 2pz Sau đó, chúng tôi mở rộng bằng cách tính toán cấu trúc vùng năng lượng của các điện tử 2pz trong các cấu trúc dải graphene một chiều với các hình dạng... tác, biến đổi các tính chất cơ bản của graphene cho các mục đích ứng dụng khác nhau Cụ thể, chúng tôi đã khảo sát trạng thái của các điện tử trong các màng graphene chịu tác động bởi các thế vô hướng tuần hoàn dạng một chiều, thường được gọi là các cấu trúc graphene siêu mạng (Graphene Superlatices - GSLs) Các kết quả nghiên cứu thu nhận được theo chiều hướng này đã dẫn đến hai công bố khoa học, một trên . siêu mng, ví d: s nh x k l ca mt s trng thái in t [Appl. Phys. Lett., 105, 013 512 ( 2014 )]. - Nhn thc c s thay i v nhng c tính quang hc ca các màng graphene di. ca lp tip xúc b mt gia graphene và mt s kim loi in hình [Appl. Phys. Lett., 101, 161605 ( 2012 )] Mt ni dung na trong lun án cng ã c thc hin ó là tip tc phát trin module. tải 92 4.3.2 Đặc trưng truyền dẫn của GFETs 95 4.4 Kết luận chương 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 113 PHỤ LỤC 114 Phụ
Ngày đăng: 14/05/2015, 10:42
Xem thêm: Nghiên cứu các tính chất điện tử, quang học và truyền dẫn của vật liệu graphene hướng tới các ứng dụng điện tử và quang điện tử, Nghiên cứu các tính chất điện tử, quang học và truyền dẫn của vật liệu graphene hướng tới các ứng dụng điện tử và quang điện tử