Độ linh động của điện tử trong giếng lượng tử tam giác GaAs/AlGaAs

Bài viết tập trung nghiên cứu lý thuyết độ linh động của khí điện tử hai chiều (2DEG) trong giếng lượng tử tam giác GaAs/AlGaAs. Trong tính toán này mất trật tự hợp kim và tán xạ nhám bề mặt phân cực được xem là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ linh động của 2DEG trong giếng lượng tử tam giác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Độ linh động của điện tử trong giếng lượng tử tam giác GaAs/AlGaAs ĐỘ LINH ĐỘNG CỦA ĐIỆN TỬ TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ TAM GIÁC GaAs/AlGaAs NGUYỄN THỊ NHƠN - NGUYỄN LÊ HỒNG THỦY ĐINH NHƯ THẢO Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Huế Tóm tắt: Trong bài báo này chúng tôi nghiên cứu lý thuyết độ linh động của khí điện tử hai chiều (2DEG) trong giếng lượng tử tam giác GaAs/AlGaAs. Trong tính toán này mất trật tự hợp kim và tán xạ nhám bề mặt phân cực được xem là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ linh động của 2DEG trong giếng lượng tử tam giác. Độ linh động của điện tử được tính toán với mô hình thực với hàng rào thế hữu hạn, tính đến ảnh hưởng của một số nguồn giam giữ có thể như các điện tích phân cực, các tạp chất và 2DEG. Kết quả cho thấy rằng độ linh động của 2DEG là một hàm giảm của mật độ điện tích phân cực trên mặt chuyển tiếp, là một hàm tuyến tính và tăng theo mật độ điện tử bề mặt chuyển tiếp và bề dày lớp spacer và gần như là một hằng số đối với mật độ tạp cho. Từ khóa: Độ linh động, khí điện tử hai chiều, giếng lượng tử, GaAs/AlGaAs, điện tích phân cực.1. GIỚI THIỆUCác bán dẫn có cấu trúc dị thể là loại bán dẫn có tính chất đặc biệt, mới lạ, thu hútsự quan tâm nghiên cứu của các nhà lý thuyết lẫn thực nghiệm. Điều hấp dẫn củacác dị cấu trúc này là sự hiện diện của khí điện tử với mật độ cao (cỡ 1013 hạt/cm−2 ).Đặc biệt, do hiệu ứng giam giữ lượng tử, độ linh động của khí điện tử hai chiều tronggiếng lượng tử cao hơn so với trong bán dẫn khối. Một trong các dị cấu trúc thu hútnhiều nghiên cứu chuyên sâu của các nhà khoa học là GaAs/AlGaAs.Sự vận chuyển điện tử trong dị cấu trúc được đặc trưng bởi độ linh động của khíđiện tử hai chiều. Độ linh động của khí điện tử hai chiều là đại lượng có ảnh hưởngKỷ yếu Hội nghị Khoa học Sau đại học lần thứ haiTrường Đại học Sư phạm Huế, tháng 10/2014: tr. 97-10798 NGUYỄN THỊ NHƠN và cs.mạnh lên khả năng hoạt động của các linh kiện điện tử. Độ linh động của khí điệntử hai chiều trong các dị cấu trúc pha tạp đã được nghiên cứu trong nhiều thập niêncả về lý thuyết lẫn thực nghiệm.Tuy nhiên, tồn tại một số hạn chế trong các tính toán trước đây. Các điện tích phâncực bề mặt mới chỉ được tính đến như là một nguồn cung cấp hạt tải nhưng thườngbị bỏ qua vai trò là một nguồn giam giữ và tán xạ. Các tạp chất bị ion hóa cũngbị bỏ qua vai trò như một nguồn giam giữ. Các tác giả Đinh Như Thảo và NguyễnThành Tiên [1] đã có bước tiến khi nghiên cứu sự phân bố của điện tử trong dịcấu trúc pha tạp điều biến AlGaN/GaN có tính đến ảnh hưởng của các nguồn giamgiữ kể trên. Các tác giả đã vẽ được hàm sóng trong dị cấu trúc pha tạp điều biếnAlGaN/GaN trong 3 trường hợp: ứng với các giá trị mật độ điện tích phân cực trênmặt chuyển tiếp khác nhau, ứng với các giá trị mật độ điện tử bề mặt khác nhau vàứng với các mật độ tạp chất cho khác nhau đối với cả hai mô hình rào thế vô hạnvà hữu hạn nhưng chưa nghiên cứu về độ linh động của điện tử. Trong bài báo nàychúng tôi trình bày nghiên cứu lý thuyết về độ linh động của điện tử trong giếnglượng tử tam giác GaAs/AlGaAs có tính đến ảnh hưởng của tất cả các nguồn giamgiữ có thể.2. KHẢO SÁT ĐỘ LINH ĐỘNG TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ TAM GIÁCGaAs/AlGaAs2.1. Sự phân bố điện tử trong dị cấu trúc pha tạp điều biến phân cựcỞ nhiệt độ thấp, khí điện tử hai chiều được giả định chủ yếu chiếm vùng con thấpnhất. Trong một giếng lượng tử tam giác sâu hữu hạn, phân bố của khí điện tử haichiều có thể được mô tả tốt bằng hàm sóng Fang-Howard [1]: ( Aκ1/2 exp(κz/2) khi z < 0, ζ(z) = (1) Bk 1/2 (k z + c) exp(−kz/2) khi z > 0,trong đó, κ và k tương ứng là nửa số sóng trong hàng rào và lớp kênh dẫn. A, B vàc là các tham số không thứ nguyên được xác định bởi các điều kiện biên tại mặtphẳng tiếp xúc (z = 0) và điều kiện chuẩn hóa.Hàm sóng của vùng con thấp nhất, mà các vectơ sóng của nó là k và κ, được xácđịnh khi cực tiểu hóa tổng năng lượng ứng với một điện tử, được xác định bởiHamiltonian: H = T + Vtot (z), (2)với T là động năng, và Vtot (z) là thế giam giữ toàn phần.ĐỘ LINH ĐỘNG CỦA ĐIỆN TỬ... 99Thế giam giữ hạt tải trong một dị cấu trúc pha tạp điều biến phân cực được ấn địnhbởi tất cả các nguồn giam giữ có thể nằm dọc theo hướng nuôi tinh thể, bao gồmthế của hàng rào thế, thế gây bởi các điện tích phân cực tại mặt chuyển tiếp và thếHartree gây bởi các ion tạp chất và khí ...