Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Chế tạo nano tinh thể hợp kim SiGe trên nền SiO2 và nghiên cứu một số tính chất của chúng

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu và hiểu được một số hiện tượng, tính chất vật lý của vật liệu nano lai hóa giữa Si và Ge trong nền SiO2 vô định hình. Làm chủ được công nghệ chế tạo và chế tạo thành công hệ vật liệu nano lai hóa giữa Si và Ge có thành phần thay đổi, từ đó nghiên cứu phân tích được ảnh hưởng của các điều kiện chế tạo, thành phần, kích thước lên các tính chất vật lý của chúng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Chế tạo nano tinh thể hợp kim SiGe trên nền SiO2 và nghiên cứu một số tính chất của chúng MỤC LỤC TrangMỤC LỤC ................................................................................................................... iDANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................... ivDANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU............................................................................... vDANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................... viMỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1Chương 1. Tổng quan về vật liệu bán dẫn Ge và Si ................................................... 91.1. Cấu trúc vùng năng lượng và quá trình tái hợp phát xạ của các hạt tải điện trongvật liệu bán dẫn ........................................................................................................... 9 1.1.1. Cấu trúc vùng năng lượng vật liệu bán dẫn .............................................. 9 1.1.2. Quá trình tái hợp bức xạ trong vật liệu bán dẫn ..................................... 101.2. Các vật liệu bán dẫn Ge và Si và sự tương đồng giữa....................................... 15 1.2.1. Vật liệu bán dẫn Ge ................................................................................ 16 1.2.2. Vật liệu bán dẫn Si ................................................................................. 201.3. Vật liệu SiO2 ...................................................................................................... 241.4. Sự lai hóa giữa vật liệu Si và Ge ....................................................................... 25 1.4.1. Vật liệu kích thước nano ........................................................................ 25 1.4.2. Sự lai hóa giữa vật liệu nano Si và Ge ................................................... 351.5. Vấn đề tồn tại ..................................................................................................... 37Kết luận chương 1 .................................................................................................... 37Chương 2. Các phương pháp nghiên cứu và chế tạo vật liệu ................................... 392.1. Phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) ............................................ 39 2.1.1. Giới thiệu ................................................................................................ 39 i 2.1.2. Lý thuyết phiếm hàm mật độ - Phương trình Kohn-Sham ..................... 41 2.1.3. Thế tương quan trao đổi Vxc .................................................................... 45 2.1.4. Phương pháp sóng phẳng và giả thế ....................................................... 472.2. Phương pháp k.p ................................................................................................ 502.3. Chế tạo vật liệu .................................................................................................. 51 2.3.1. Phương pháp đồng phún xạ catốt ........................................................... 52 2.3.2. Qui trình chế tạo màng mỏng hợp kim nano Si1-xGex ............................ 562.4. Các phương pháp nghiên cứu tính chất của vật liệu.......................................... 61 2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X ................................................................... 61 2.4.2. Phương pháp phổ hấp thụ quang học ..................................................... 63 2.4.3. Phương pháp phổ tán xạ Raman ............................................................. 65 2.4.4. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X............................................ 67 2.4.5. Phương pháp hiển vi điển tử truyền qua phân giải cao .......................... 68 2.4.6. Phương pháp phổ phát xạ huỳnh quang ................................................. 70 2.4.7. Phép đo hấp thụ cảm ứng ....................................................................... 71Kết luận chương 2 .................................................................................................... 73Chương 3. Các đặc trưng vật lý của vật liệu ............................................................ 743.1. Sự hình thành của hạt nano Si1-xGex trên nền vật liệu SiO2 .............................. 74 3.1.1. Nghiên cứu hợp phần của Si1-xGex trong SiO2 ....................................... 74 3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến sự hình thành pha của vật liệu .............. 75 3.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần Ge lên sự hình thành tinh thể hợp kim78 3.1.4. Phân tích cấu trúc tinh thể hợp kim Si1-xGex .......................................... 813.2. Cấu trúc điện tử của Si, Ge và quá trình chuyển mức trực tiếp ........................ 833.3. Sự vận động của các hạt tải điện sinh ra sau quá trình kích thích quang học ... 88 ii 3.3.1. Sự phát xạ huỳnh quang của vật liệu ...................................................... 88 3.3.2. Quá trình vận động của hạt tải điện trong vật liệu ................................. 90 3.3.3. Cơ chế bẫy hạt tải nóng .......................................................................... 93Kết luận chương 3 .................................................................................................... 96Chương 4. Ứng dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ và phương pháp k.p trong nghiêncứu vật liệu ................ ...