Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu nano trên cơ sở Si và Ge

Mục tiêu của luận án "Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu nano trên cơ sở Si và Ge" là chế tạo thành công vật liệu quang tử nano trên cơ sở Si và Ge với hình thái và cấu trúc nano mong muốn (hạt nano và dây nano, thanh nano) bằng các công nghệ khả thi tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Làm rõ ảnh hưởng của các tham số chế tạo tới cấu trúc và hình thái của vật liệu nano Si, Ge; Làm rõ sự liên hệ giữa cấu trúc vùng năng lượng và tính chất quang của vật liệu nano Si, Ge vơi cấu trúc và hình thái của vật liệu...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu nano trên cơ sở Si và Ge MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Bán dẫn Silic (Si), Gemani (Ge) là vật liệu cơ sở cho ngành công nghiệp vi điện tử hiện đại. Làbán dẫn vùng cấm xiên điển hình, Si và Ge có tính chất đặc thù riêng mà không phải bán dẫn nào cũngcó. Những đặc điểm nổi trội so với các bán dẫn khác có thể kể đến: độ phổ biến cao trong vỏ trái đất,không có độc tính, không gây ảnh hưởng tới môi trường, con người và dễ chế tác trong quy mô côngnghiệp. Vào những năm 1960, Tran-sit-tơ bán dẫn đầu tiên được hiện thực trên cơ sở vật liệu tinh thểGe, tiếp theo đó vật liệu Si, Ge đã được lựa chọn để chế tạo các linh kiện điện tử thay thế cho các bóngđèn bán dẫn chân không sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử trước đó. Cùng với sự phát triển mạnhmẽ của khoa học và công nghệ nano trong những năm đầu của thế kỷ 21, nhiều vật liệu bán dẫn đã đượcnghiên cứu phát triển, ứng dụng sâu rộng; tuy nhiên vẫn chưa có vật liệu bán dẫn nào thay thế được vaitrò chủ đạo của vật liệu bán dẫn Si và Ge. Số lượng, tính chất và quy mô của nghiên cứu, cải tiến, pháttriển, ứng dụng khoa học công nghệ của vật liệu bán dẫn Si, Ge không ngừng phát triển. Trong bối cảnh thế giới bước vào cuộc cách mạng khoa học công nghệ 4.0, khoa học và côngnghệ nano trở thành nhu cầu thiết thực và không thể tách rời đối với các hoạt động thường nhật của đờisống sinh hoạt của con người; vật liệu bán dẫn Si, Ge vẫn là một đối tượng được lựa chọn nghiên cứuhàng đầu. Khi vật liệu chuyển từ giới hạn vật lý cổ điển sang lượng tử, những hành vi, tính chất cốt lõicủa các loại vật liệu không bị hạn hẹp bởi đặc trưng cấu thành mà còn phụ thuộc vào kích thước, hìnhdạng. Bán dẫn Si, Ge cấu trúc nano cũng không nằm ra ngoại lệ đó. Các công trình công bố trên các tạpchí uy tín trên thế giới những năm gần đây cho thấy tiềm năng to lớn của loại vật liệu này, trong đó cóthể kể đến nhóm nghiên cứu tại Hà Lan của GS. T.Gregorkiewicz [1, 2], nhóm nghiên cứu ở Anh Quốcvà Trung Quốc của GS. L.T.Canham [5], GS. Z.M.Wang [3], các nhóm nghiên cứu ở Mỹ của GS. K.Peng [4], GS. A.I.Hochbaum [6], GS. Y.Cui [7], nhóm nghiên cứu ở Nhật của GS. M.Fujii [8], nhómnghiên cứu ở CH Séc và Thụy Điển của GS. J.Valenta và GS. J.Linnros [9]. Mặc dù vật liệu nano đượcnghiên cứu và phát triển sớm tại Việt Nam, có thể kể đến nhóm nghiên cứu của GS. Nguyễn Đức Chiếntại trường ĐHBK Hà Nội, nhóm nghiên cứu của GS. Nguyễn Hữu Đức, ĐHQG Hà Nội, nhóm nghiêncứu của GS. Nguyễn Quang Liêm, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam và nhiều nhóm nghiên cứukhác, sự quan tâm về các loại nano Si và Ge ở Việt Nam, có thể kể đến nhóm nghiên cứu của giáo sưĐào Trần Cao [10], nhóm nghiên cứu của giáo sư Nguyễn Quang Liêm Viện IMS, nhóm nghiên cứu củaGS Phan Ngọc Minh, Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam, nhóm nghiên cứu của PGS. Nguyễn Hữu Lâmtại ĐHBK HN, nhóm nghiên cứu của GS. Phạm Thành Huy tại Đại học Phenikaa [11]... Vật liệu Si-NCs và Ge-NCs có nhiều đặc trưng trưng thú vị. Thứ nhất, vật liệu Si-NCs và Ge-NCs phát quang mạnh ở nhiệt độ phòng mặc dù Si, Ge là những bán dẫn vùng cấm xiên. Thứ hai, vùngcấm của Si (1.12 eV) và Ge (0.67 eV) có giá trị nằm trong vùng quang phổ chính của mặt trời, do đóchúng thích hợp cho việc chế tạo các loại pin mặt trời hiệu suất cao, đặc biệt thích hợp ứng dụng trongchế tạo pin mặt trời thế hệ thứ 3 có hiệu suất lý thuyết lên đến 44% [12]. Thứ ba, công nghệ và quy trìnhsản xuất các chủng loại Chip vi điện tử trên cơ sở Si, Ge đã tiếp cận tới kích thước nano, vì vậy việcnghiên cứu phát triển vật liệu kích thước nano Si, Ge có ý nghĩa thực tiễn giải quyết các khó khăn, hạnchế của công nghệ vi điện tử ngày nay. Thứ tư, công nghệ chế tạo và các công trình nghiên cứu vật liệuSi, Ge đã được phát triển từ những thập niên 60 của thế kỷ 20, cho phép ứng dụng kế thừa hiệu quả trongnghiên cứu vật liệu nano Si, Ge. Ngày nay, nghiên cứu vật liệu nano Si, Ge trên thế giới đã có nhiều thành tựu, quy mô và đadạng. Trong khi đó, việc nghiên cứu vật liệu nano Si, Ge trong nước còn tồn tại nhiều hạn chế, khó khănvà chưa thực sự tương xứng với vai trò đóng góp thực tiễn, lợi ích của chúng đem lại. Một trong nhữnghạn chế chủ yếu là do các yêu cầu kỹ thuật, thiết bị - phương tiện và độ sạch phòng thí nghiệm sử dụngtrong chế tạo tinh thể nano Si, Ge đòi hỏi rất khắt khe, phức tạp. Tuy nhiên, việc chế tạo vật liệu Si, Gekích thước nano thành công bằng các phương pháp, công nghệ hiện có trong nước là hoàn toàn khả thi.Luận án đã lựa chọn một số phương pháp và công nghệ chế tạo khả thi ở Việt Nam đề chế tạo các vậtliệu Ge, Si có hình thái kích thước nano mong muốn, ví dụ sử dụng phương pháp chế tạo từ dưới lên(bốc bay, phún xạ) và phương pháp chế tạo từ trên xuống (ăn mòn hóa học trên cơ sở kim loại). Việcnghiên cứu chi tiết và sâu sắc chế đô công nghệ chế tạo bằng các ...