Hiệu ứng âm điện trong siêu mạng pha tạp.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

----------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

HIỆU ỨNG ÂM ĐIỆN TRONG

SIÊU MẠNG PHA TẠP

Người thực hiện : ĐINH THỊ TUYẾT

Lớp : 09SVL

Khoá : 2009-2013

Ngành : SƯ PHẠM VẬT LÝ

Người hướng dẫn: Th.S NGUYỄN VĂN HIẾU

Đà Nẵng - 2013

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo - Th.S

Nguyễn Văn Hiếu – người đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn,

quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong quá

trình làm khóa luận. Thầy đã cung cấp cho em nhiều hiểu biết về một lĩnh vực

mới khi em mới bắt đầu vào thực hiện khóa luận.

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Vật Lý – trường

Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng, cũng như các thầy cô trong trường đã

giảng dạy, giúp đỡ chúng em trong 4 năm học qua. Chính các thầy cô đã xây

dựng cho chúng em những kiến thức nền tảng và những kiến thức chuyên môn

để em có thể hoàn thành tốt đề tài này cũng như những công việc của mình sau

này.

Cuối cùng, em xin cảm ơn đến gia đình và bạn bè, các bạn sinh viên trong

lớp, những người đã luôn ở bên giúp đỡ, động viên em trong suốt thời gian vừa

qua.

Tuy đã có những cố gắng nhất định nhưng do thời gian và trình độ có hạn

nên chắc chắn luận văn này còn nhiều thiếu sót và hạn chế nhất định. Kính

mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn.

Xin chân thành cảm ơn!

Đà nẵng, tháng 5 năm 2013

Sinh viên

Đinh Thị Tuyết

MỤC LỤC

A. MỞ ĐẦU....................................................................................................................1

B. NỘI DUNG ................................................................................................................4

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ HAI CHIỀU ................................................4

1. Sự giam nhốt lượng tử..........................................................................................4

2. Hố lượng tử. .........................................................................................................6

2.1. Khái niệm ......................................................................................................6

2.2. Phân loại ........................................................................................................6

2.3. Năng lượng và hàm sóng của điện tử trong hố lượng tử...............................8

2.3.1. Năng lượng và hàm sóng của điện tử trong hố lượng tử khi không có từ

trường ngoài......................................................................................................8

2.3.2. Năng lượng và hàm sóng của điện tử trong hố lượng tử khi có từ

trường ngoài....................................................................................................11

3. Siêu mạng...........................................................................................................16

3.1. Khái niệm ....................................................................................................16

3.2. Phân loại. .....................................................................................................17

3.3. Năng lượng và hàm sóng của điện tử trong siêu mạng bán dẫn. ...............20

3.3.1. Năng lượng và hàm sóng của điện tử trong siêu mạng khi không có từ

trường ngoài....................................................................................................20

3.3.2. Năng lượng và hàm sóng của điện tử trong siêu mạng khi có từ trường

ngoài................................................................................................................23

4. Mật độ trạng thái trong hệ hai chiều. .................................................................24

CHƯƠNG 2 : BIỂU THỨC GIẢI TÍCH CỦA TRƯỜNG ÂM ĐIỆN TRONG

SIÊU MẠNG PHA TẠP..........................................................................................26

1. Cơ sở lí thuyết ....................................................................................................26

2. Phương trình động học Boltzman ......................................................................26

3. Cấu trúc vùng năng lượng của các siêu mạng pha tạp.......................................30

4. Biểu thức giải tích của dòng âm điện trong siêu mạng pha tạp. ........................33

4.1. Biểu thức dòng âm điện trong siêu mạng pha tạp đối với khí điện tử không

suy biến ..............................................................................................................36

4.2. Biểu thức dòng âm điện trong siêu mạng pha tạp đối với khí điện tử suy

biến. ....................................................................................................................40

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ VẼ ĐỒ THỊ LÝ THUYẾT CHO SIÊU MẠNG

PHA TẠP GaAs:Si/GaAs:Be .................................................................................45

C. KẾT LUẬN..............................................................................................................47

D. TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................48

1

A. MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài

Khởi đầu từ những thành công rực rỡ của của vật liệu bán dẫn cùng với sự phát

triển mạnh mẽ của công nghệ nuôi tinh thể người ta đã chế tạo ra được nhiều cấu trúc

nano. Song song với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo là sự phát triển của

kĩ thuật đo các hiệu ứng vật lý ở cấp độ vi mô. Có thể nói rằng, trong hai thập niên vừa

qua các cấu trúc tinh thể nano (màng mỏng, siêu mạng, hố lượng tử, dây lượng tử,

chấm lượng tử) đã dần thay thế các vật liệu bán dẫn khối kinh điển.

Hệ vật liệu thấp chiều là một cấu trúc hoàn toàn mới, khác hẳn với những vật

liệu trước đây và có thể chia làm 3 loại: hệ không chiều, hệ một chiều (1D), hệ hai

chiều (2D).

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.

Đối với hệ hai chiều (2D) cụ thể là siêu mạng pha tạp, phổ năng lượng của điện

tử trong trường hợp này trở nên gián đoạn theo một chiều và trong siêu mạng pha tạp

điện tử chỉ chuyển động tự do theo hai chiều, còn một chiều bị hạn chế. Chính sự gián

đoạn của phổ năng lượng và hạn chế chuyển động của điện tử theo một chiều này lại

một lần nữa ảnh hưởng lên các tính chất phi tuyến của hệ.

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 [3 – 7].

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