Hàm sóng của điện tử trong dị cấu trúc bán dẫn GaN/AlGaN đồng nhất

Bài viết nghiên cứu lý thuyết về hàm sóng của điện tử trong dị cấu trúc bán dẫn pha tạp GaN/AlGaN đồng nhất. Trong quá trình tìm hàm sóng của điện tử, giải phương trình sóng Fang-Howard trong mô hình giếng tam giác sâu hữu hạn có tính đến sự ảnh hưởng của các nguồn giam giữ chính từ các thể cho ion hóa, các điện tích phân cực bề mặt, các tạp chất ion hóa và khí điện tử hai chiều (2DEG).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hàm sóng của điện tử trong dị cấu trúc bán dẫn GaN/AlGaN đồng nhất HÀM SÓNG CỦA ĐIỆN TỬ TRONG DỊ CẤU TRÚC BÁN DẪN GAN/ALGAN ĐỒNG NHẤT TRẦN ĐẠI CƯỜNG TRẦN THỊ LAN - PHẠM THỊ THANH TẤN LIÊN Khoa Vật lý Tóm tắt: Trong bài báo này chúng tôi nghiên cứu lý thuyết về hàm sóng của điện tử trong dị cấu trúc bán dẫn pha tạp GaN/AlGaN đồng nhất. Trong quá trình tìm hàm sóng của điện tử, chúng tôi giải phương trình sóng Fang-Howard trong mô hình giếng tam giác sâu hữu hạn có tính đến sự ảnh hưởng của các nguồn giam giữ chính từ các thể cho ion hóa, các điện tích phân cực bề mặt, các tạp chất ion hóa và khí điện tử hai chiều (2DEG). Kết quả cho thấy rằng sự phân bố của điện tử chủ yếu nằm trong giếng thế và đỉnh sóng nằm trong vùng kênh gần với rào thế. Khi mật độ thành phần Al tăng, thì đỉnh sóng có xu hướng dịch chuyển về gần với rào thế, đỉnh sóng và xác suất tìm thấy điện tử trong giếng thế cũng cao hơn. Điều này có nghĩa là xác suất để điện tử truyền qua rào thế giảm đi. 1 GIỚI THIỆU Trong suốt 3 thập kỉ qua, sự phát triển của vật liệu bán dẫn nhóm III-N là rất ấn tượng, với những sự đột phá có tính chất cách mạng diễn ra vào những năm của thập niên 90. Chúng được xem như là những vật liệu đầy hứa hẹn cho những ứng dụng điện tử và quang điện tử. Vật liệu nhóm III-N có tính ứng dụng cao và đang thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Các dị cấu trúc dựa trên hợp chất Nitơ nhóm III thu hút hàng loạt các nghiên cứu chuyên sâu do những tiềm năng đầy hứa hẹn trong khoa học – công nghệ. Điều hấp dẫn của các dị cấu trúc này là sự hiện diện của khí điện tử với mật độ cao (cỡ 1013 hạt/cm2 ). Đặc biệt, do hiệu ứng giam giữ lượng tử, độ linh động của khí điện tử hai chiều trong giếng lượng tử cao hơn so với trong bán dẫn khối. Một trong các dị cấu trúc thu hút nhiều nghiên cứu chuyên sâu của các nhà khoa học là GaN/AlGaN. Độ linh động của khí điện tử hai chiều là đại lượng có ảnh hưởng mạnh lên khả năng hoạt động của các transitor có độ linh động điện tử cao, và độ linh động này là một hàm của nhiệt độ, mật độ khí điện tử hai chiều và thành phần hợp kim. Mật độ khí điện tử hai chiều được xác định bởi hàm sóng của điện tử trong dị cấu trúc tương ứng. Vì vậy, tại thời điểm ban đầu nghiên cứu hàm sóng của điện tử đóng một vai trò hết sức quan trọng. Tuy nhiên, trong các kết quả tính toán trước đây người ta chỉ xem các điện tích phân cực bề mặt như là một nguồn cung cấp hạt tải mà thường bỏ qua vai trò là một nguồn giam giữ và tán xạ của chúng. Các tạp chất bị ion hóa cũng bị bỏ qua vai trò như một nguồn giam giữ. Đây là một số hạn chế trong tính toán trước đây [1]. Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Sinh viên năm học 2014-2015 Trường Đại học Sư phạm Huế, tháng 12/2014: tr. 44-51 HÀM SÓNG CỦA ĐIỆN TỬ TRONG DỊ CẤU TRÚC BÁN DẪN GAN/ALGAN. . . 45 Vì vậy, mục tiêu của bài báo này là trình bày nghiên cứu lý thuyết về hàm sóng của điện tử trong dị cấu trúc bán dẫn pha tạp GaN/AlGaN có tính đến sự ảnh hưởng của tất cả các nguồn giam giữ có thể. Bài báo được trình bày như sau. Mục 2, 3, 4 trình bày hàm sóng của điện tử trong dị cấu bán dẫn pha tạp đồng nhất GaN/AlGaN. Ở mục 5 là kết quả nghiên cứu và thảo luận. Cuối cùng chúng tôi nêu ra kết luận ở mục 6. 2 HÀM SÓNG BIẾN PHÂN TRONG DỊ CẤU TRÚC ỨNG VỚI RÀO THẾ HỮU HẠN Ở nhiệt độ thấp, 2DEG được giả định chiếm chủ yếu vùng con thấp nhất. Đối với một giếng thế tam giác sâu hữu hạn, 2DEG có thể được mô tả rất tốt bằng hàm sóng Fang-Howard [4] được đưa ra bởi Ando [2]: ( Aκ1/2 eκz/2 z0 trong đó k và κ lần lượt là một nửa số sóng trong kênh dẫn và tầng rào. A, B và c là các tham số không thứ nguyên được xác định thông qua các điều kiện biên tại mặt tiếp xúc (z = 0) và điều kiện chuẩn hóa. Hàm sóng (1) đạt cực đại tại ζpeak = ζ(zpeak ) với 2−c zpeak = , (2.2) k Hàm sóng của vùng con thấp nhất, mà cụ thể các vectơ sóng của nó là k và κ, được xác định khi cực tiểu hóa tổng năng lượng ứng với một điện tử, được xác định bởi Hamiltonian: H = T + Vtot (z), (2.3) Với T là động năng, và Vtot (z) thế giam giữ toàn phần. 3 CÁC THẾ GIAM GIỮ TRONG DỊ CẤU TRÚC BÁN DẪN PHÂN CỰC Việc giam giữ các hạt tải trong dị cấu trúc được gây ra bởi tất cả các thế giam giữ dọc theo chiều nuôi cấy, gồm rào thế, điện tích phân cực mặt tiếp xúc, thế Hartree gây ra bởi tạp chất ion hóa và khí điện tử hai chiều. Vtot (z) = Vb (z) + Vσ (z) + VH (z). (3.1) Rào thế với độ cao hữu hạn V0 tại z = 0 được ...