Tóm tắt Luận văn 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 đích cơ bản của luận án này 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:
Tóm tắt Luận văn tiến sĩ Kỹ thuật: Chế tạo nano tinh thể hợp kim SiGe trên nền SiO2 và nghiên cứu một số tính chất của chúng MỞ ĐẦU1. Lý do chọn đề tài Sự kết hợp của Ge và Si được ví như vật liệu bán dẫn nhóm III-V, nhờsự linh động của hạt tải trong Ge, trong khi vẫn sử dụng công nghệ chế tạovi điện tử của Si. Các loại vật liệu này có thể được sử dụng để chế tạo ranhững phiên bản tiên tiến hơn của các linh kiện điện tử Si mà vẫn duy trìđược công nghệ chế tạo vi điện tử giá thành thấp [122], [58]. Khe nănglượng nhỏ (0,7 eV) và tính phối trộn cao của Ge với Si đưa ra khả năng tạora được vật liệu có độ rộng vùng cấm thay đổi được và linh kiện có tốc độchuyển đổi điện cao nhờ vào tính linh hoạt của các hạt tải trong Ge [59],[117], [124]. Trong lĩnh vực quang điện tử và quang tử Si, vật liệu Ge nanotinh thể trong Si và SiO2 và các hệ Si1-xGex đã có được một sự phát triển vôcùng mạnh mẽ [15], [84], [17], [117], [83], [60]. Những tiến bộ trong việctổng hợp, xử lý, chế tác, đặc trưng hóa và mô phỏng cho phép tạo ra nhữnglinh kiện ổn định hơn và hoạt động tốt hơn. Các linh kiện thu nhận, dẫnsóng và điều biến quang, các diodes hiệu ứng đường ngầm, laze và các linhkiện lượng tử đã được đề suất và thử nghiệm [15], [84], [17], [117], [60],[89]. Ở kích thước nano, các tính chất vật lý của hai vật liệu Si và Ge nàythay đổi rất lớn, đôi khi nhiều tính chất mới thú vị và có nhiều tiềm năngứng dụng được đưa ra. Các giải thích về sự thay đổi này chủ yếu dựa trênhiệu ứng giam cầm lượng tử. Những tính chất vật lý mới này đôi khi kháphức tạp và khó kiểm soát, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hình thái và cấutrúc của vật liệu. Trong khi Si đã thể hiện một số biến thể quá trình nhânhạt tải điện như hiệu ứng cắt lượng tử hay cắt photon. Điều này có ý nghĩavô cùng to lớn trong việc nâng cao hiệu suất của pin mặt trời trên cơ sở Si.Tuy nhiên, độ rộng vùng cấm của vật liệu nano Si thường khá lớn (khoảng2 eV) dẫn đến khả năng ứng dụng trong việc thu nhận và biến đổi nănglượng mặt trời là ít hiệu quả bởi phần lớn phổ mặt trời có năng lượng nhỏhơn 2 eV sẽ không được tận dụng. Việc thay đổi độ rộng vùng cấm củanano Si là rất có ý nghĩa. Các nghiên cứu cơ bản việc “pha trộn” giữa Si vàGe nhằm tạo ra các tinh thể nano có các tính chất vật lý phù hợp với địnhhướng ứng dụng làm tăng hiệu suất quang điện tử là cần thiết. Với những vấn đề nêu trên, tác giả lựa chọn và thực hiện luận án: “Chếtạo nano tinh thể hợp kim SiGe trên nền SiO2 và nghiên cứu một số tínhchất của chúng”2. Mục tiêu của luận án 1 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. Sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ trong xấp xỉ gradien tổng quát (DFT - GGA) và phương trình trạng thái Murnaghan thực hiện các tính toán, phân tích tinh thể của hệ vật liệu nano lai hóa giữa Si và Ge có thành phần thay đổi.3. Đối tượng nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu các hệ vật liệu tinh thể Si và Ge có kíchthước nano được phân tán trong vật liệu nền có độ rộng vùng cấm lớn SiO2.Cụ thể ở đây là hệ vật liệu hợp kim Si1-xGex đơn tinh thể có cấu trúc nanovới thành phần x thay đổi từ 0,2 ÷ 0,8.4. Nội dung nghiên cứu Chế tạo vật liệu hợp kim nano Si1-xGex chất lượng cao phân tán trong các vật liệu nền có vùng cấm rộng hơn bằng phương pháp đồng phún xạ catốt tần số radio. Nghiên cứu sự hình thành và ảnh hưởng của điều kiện biên lên cấu trúc, tính chất quang điện tử của vật liệu trên cơ sở các phép đo khảo sát vật lý khác nhau như ảnh hiển vi điện tử TEM, HR-TEM, phổ tán xạ Raman, phổ nhiễu xạ tia X. Xác định hiệu ứng xảy ra trong hạt nano hợp kim Si1-xGex bằng các phương pháp quang phổ phi tuyến khác nhau. Tiến hành các phép đo về hiệu suất lượng tử trong và ngoài, năng lượng ngưỡng cho hiệu ứng xảy ra. Nghiên cứu các quá trình vận động của hạt tải thông qua quá trình kích thích, hồi phục và tái hợp. Qua đó hiểu hơn các quá trình vật lý cơ bản và hiệu ứng giam cầm lượng tử. Tính toán quá trình hình thành tinh thể, sự thay đổi độ rộng vùng cấm hợp kim Si1-xGex bằng phương pháp lý thuyết phiến hàm mật độ trong xấp xỉ gradien tổng quát và phương pháp k.p.5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu của luận án là sự kết hợp giữa nghiên cứu thựcnghiệm và tính toán lý thuyết 1) Phương pháp thực nghiệm bao gồm: 2 - Tạo các mẫu màng mỏng chứa Si1-xGex phân tán trong SiO2 bằngphương pháp đồng phún xạ catốt tần số radio, sử dụng các bia Ge, Si, SiO2trên các phiến đế thạch anh. - Các phép đo phổ huỳnh qua ...