Hiệu ứng âm điện trong siêu mạng.

Luận văn tốt nghiệp - 1 - Khoa Vật Lý

GVHD : Th.S Nguyễn Văn Hiếu SVTH : Kiều Đỗ Ngọc Trinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

----------

KIỀU ĐỖ NGỌC TRINH

Hiệu ứng âm điện trong siêu mạng

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SƯ PHẠM VẬT LÝ

Luận văn tốt nghiệp - 2 - Khoa Vật Lý

GVHD : Th.S Nguyễn Văn Hiếu SVTH : Kiều Đỗ Ngọc Trinh

A – MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài

Khoa học bán dẫn và các hiệu ứng động trong hệ bán dẫn thấp chiều được

phát triển mạnh mẽ trong các thập niên gần đây. Các thành tựu của ngành khoa học

này đã được áp dụng rộng rãi trong kỹ thuật và đời sống hằng ngày, có tác động

mạnh mẽ đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật cũng như đời sống kinh tế

xã hội. Chính việc nghiên cứu khoa học bán dẫn đã cho ra đời nhiều công nghệ hiện

đại có tính cách mạng trong lĩnh vực khoa học và kĩ thuật.

Khi kích thước của vật rắn giảm xuống một cách đáng kể theo 1 chiều, 2

chiều hoặc cả 3 chiều thì các tính chất vật lí : tính chất cơ, nhiệt, điện từ, quang có

thể thay đổi một cách đột ngột. Chính điều đó đã làm cho khoa học bán dẫn và các

hiệu ứng động của bán dẫn hấp dẫn các nhà khoa học.

Khi sóng âm được hấp thụ bởi vật dẫn, sự truyền động lượng và năng lượng

từ sóng âm đến các điện tử trong vật dẫn có thể làm xuất hiện một hiệu ứng gọi là

hiệu ứng âm điện. Hiệu ứng âm điện tạo ra dòng âm điện jac nếu mạch kín và tạo ra

một trường âm điện không đổi

ac E

nếu mạch hở. Việc nghiên cứu hiệu ứng này là

rất quan trọng vì nó đóng một vai trò quan trọng để hiểu các tính chất điện trong

siêu mạng. Việc nghiên cứu Hiệu ứng âm điện (Acoustoelectric effects) trong bán

dẫn khối đã nhận được nhiều sự chú ý [1 – 5].

Ta biết rằng trong hệ thấp chiều (QW, siêu mạng, dây lượng tử….), sự

chuyển động của electron bị giới hạn trong 1 chiều hoặc 2 chiều, vì vậy chúng có

thể chuyển động tự do trong 2 chiều hoặc 1 chiều. Sự giam giữ electron trong hệ

thấp chiều làm thay đổi các tính chất của electron một cách rõ ràng. Kết quả này

gây ra một số hiện tượng mới liên quan đến sự giảm số chiều của mẫu chất. Ví dụ

như tương tác giữa electron và phonon [6,7], tính chất điện [8,9], tính chất quang

cũng được nghiên cứu [10 – 15] trong hệ thấp chiều. Chúng tôi nghĩ rằng sự giam

giữ electron trong siêu mạng cũng ảnh hưởng đến hiệu ứng âm điện.

Hiệu ứng âm điện AE được nghiên cứu bởi lí thuyết trong ống một chiều

[16], trong siêu mạng [20 – 25] khi không có sóng điện từ. Gần đây, dòng âm điện

được đo bởi thí nghiệm trong hệ hai chiều [26,27] (hố lượng tử, siêu mạng ) trong

dây lượng tử [28] và ống nano cacbon [29]. Tuy nhiên trong siêu mạng, hiệu ứng

Luận văn tốt nghiệp - 3 - Khoa Vật Lý

GVHD : Th.S Nguyễn Văn Hiếu SVTH : Kiều Đỗ Ngọc Trinh

âm điện phi tuyến và ảnh hưởng của sóng điện từ lên hiệu ứng trong trường hợp khí

suy biến vẫn đang được mở ra một hướng nghiên cứu. Để đi đến kết luận tổng quát

hơn về hiệu ứng âm điện trong siêu mạng bán dẫn, chúng tôi đã chọn đề tài : “Hiệu

ứng âm điện trong siêu mạng”.

Trong khóa luận này, chúng tôi tập trung nghiên cứu về hiệu ứng âm điện phi

tuyến và ảnh hưởng của sóng điện từ lên hiệu ứng âm điện trong siêu mạng. Chúng

tôi tính toán hiệu ứng này trong siêu mạng cho trường hợp thời gian phục hồi xung

lượng của electron không phụ thuộc vào năng lượng và xét đối với khí điện tử suy

biến. Chúng tôi sẽ chỉ ra sự tuần hoàn năng lượng của điện tử trong siêu mạng là

nguyên nhân của sự phụ thuộc phi tuyến của mật độ dòng âm điện

ac j

vào số sóng

âm

q

. Trong điều kiện này chúng tôi chú ý rằng dòng âm điện là âm hay dương phụ

thuộc vào hướng của điện trường ngoài đặt vào. Tiến hành thiết lập phương trình

động học Boltzman, biểu thức giải tích của mật độ dòng âm điện khi có mặt điện

trường ngoài, và cuối cùng là đánh giá kết quả định tính.

Để hoàn thành bài khóa luận này, tôi đã tham khảo sách, bài báo khoa học,

tạp chí, các website và được sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn và giáo viên khác.

2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu : Hiệu ứng âm điện trong siêu mạng.

- Phạm vi nghiên cứu : Các đặc điểm về cấu trúc, phổ năng lượng, mật độ trạng

thái của siêu mạng, mật độ dòng âm điện trong siêu mạng với khí suy biến và

trường âm điện trong siêu mạng.

3. Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu các đặc điểm về cấu trúc phổ

năng lượng, mật độ trạng thái của bán dẫn siêu mạng, nghiên cứu về hiệu ứng âm

điện trong siêu mạng và ảnh hưởng của điện trường ngoài không đổi và sóng điện từ

lên hiệu ứng âm điện trong siêu mạng với khí điện tử suy biến. Từ đó, xây dựng một

tài liệu tổng quan nhất về hiệu ứng âm điện trong siêu mạng.

4. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm : nghiên cứu tổng quan về lí thuyết, xây

dựng công thức tính, tính toán số và biện luận kết quả; thiết lập biểu thức của

trường âm điện trong siêu mạng bằng phương trình động Boltzman.

Luận văn tốt nghiệp - 4 - Khoa Vật Lý

GVHD : Th.S Nguyễn Văn Hiếu SVTH : Kiều Đỗ Ngọc Trinh

5. Cấu trúc và nội dung của đề tài.

A – Mở đầu

B – Nội dung

Chương 1 : Tổng quan về siêu mạng

Chương 2 : Biểu thức giải tích của trường âm điện trong siêu mạng

Chương 3 : Tính toán số liệu, biện luận kết quả.

C- Kết luận

D – Các tài liệu tham khảo