Luận án tiến sĩ: Tương tác graphene-bán dẫn bằng lý thuyết DFT
Luận án tiến sĩ Khoa học Vật liệu nghiên cứu tương tác graphene-bán dẫn bằng lý thuyết DFT. Phân tích cấu trúc điện tử và truyền điện tích tại tiếp giáp Schottky.
Đại học Quốc gia TP. HCM, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Khoa học Vật liệu
Luan An
Luận án
Năm xuất bản
Số trang
127
Thời gian đọc
20 phút
Lượt xem
1
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. Graphene Heterostructure Nền Tảng Lý Thuyết DFT
Graphene đã trở thành vật liệu hai chiều quan trọng trong công nghệ nano. Cấu trúc mạng tinh thể độc đáo tạo nên tính chất điện tử đặc biệt. Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) cung cấp công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu tương tác graphene-bán dẫn. Phương pháp first principles calculation cho phép tính toán chính xác các thuộc tính điện tử. Nghiên cứu tập trung vào hai vấn đề chính: sự xuất hiện điểm Dirac thứ cấp và hàng rào Schottky tại tiếp giáp graphene/silicon. Van der Waals interaction đóng vai trò quyết định trong việc hình thành heterostructure. Density functional theory giúp dự đoán band structure và electronic properties của hệ vật liệu lai. Interface coupling ảnh hưởng trực tiếp đến charge transfer giữa các lớp vật liệu. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng trong thiết bị điện tử thế hệ mới.
1.1. Cấu Trúc Mạng Tinh Thể Và Band Structure
Graphene sở hữu cấu trúc mạng lục giác hoàn hảo. Mỗi nguyên tử carbon liên kết với ba nguyên tử lân cận. Liên kết sp2 tạo nên độ bền cơ học vượt trội. Band structure của graphene thể hiện sự tán sắc tuyến tính tại điểm Dirac. Vùng hóa trị và vùng dẫn chạm nhau tại điểm K. Mật độ trạng thái bằng không tại mức Fermi. First principles calculation xác nhận tính chất bán kim loại. Electronic properties phụ thuộc mạnh vào cấu trúc hình học. Phương pháp DFT với xấp xỉ GGA cho kết quả chính xác. Sự hiệu chỉnh van der Waals cần thiết cho hệ heterostructure.
1.2. Điểm Dirac Sơ Cấp Và Thứ Cấp
Điểm Dirac sơ cấp xuất hiện tự nhiên trong graphene nguyên chất. Năng lượng vùng cấm bằng không tại điểm này. Điểm Dirac thứ cấp có thể được tạo ra qua tương tác với đế bán dẫn. Sự xuất hiện điểm Dirac mới ảnh hưởng đến tính dẫn điện. Density functional theory giúp dự đoán vị trí các điểm Dirac. Cấu trúc vùng năng lượng thay đổi khi graphene tiếp xúc bán dẫn. Interface coupling điều khiển sự trôi lên và tan rã của nón Dirac. Charge transfer giữa graphene và đế tạo ra điện trường cục bộ. Hiện tượng này mở ra khả năng điều khiển tính chất điện tử.
1.3. Phương Pháp Tính Toán First Principles
Phương pháp first principles dựa trên nguyên lý cơ học lượng tử cơ bản. Không cần tham số thực nghiệm đầu vào. Lý thuyết phiếm hàm mật độ giải phương trình Kohn-Sham. Phần mềm VASP được sử dụng cho tính toán DFT. Phép xấp xỉ trao đổi-tương quan GGA-PBE cho độ chính xác cao. Phương pháp giả thế PAW mô tả tương tác electron-ion. Sự hiệu chỉnh van der Waals (DFT-D3) quan trọng cho heterostructure. Năng lượng cắt 500 eV đảm bảo hội tụ tính toán. Lưới điểm k đủ mịn cho vùng Brillouin.
II. Van der Waals Interaction Trong Heterostructure
Tương tác van der Waals chi phối sự liên kết giữa graphene và bán dẫn. Lực yếu này cho phép hình thành tiếp giáp không tạo liên kết hóa trị. Interface coupling qua van der Waals tạo ra tính chất điện tử mới. Heterostructure hai chiều mở ra khả năng thiết kế vật liệu theo yêu cầu. Graphene oxide có thể điều chỉnh độ mạnh tương tác. Khoảng cách giữa các lớp ảnh hưởng đến charge transfer. Density functional theory với hiệu chỉnh vdW-DF cần thiết. Năng lượng liên kết xác định độ bền của heterostructure. Band structure thay đổi theo độ mạnh tương tác van der Waals. Electronic properties có thể điều khiển qua áp suất hoặc biến dạng. Nghiên cứu lý thuyết DFT dự đoán cấu trúc ổn định nhất.
2.1. Bản Chất Tương Tác Van der Waals
Van der Waals là lực hút yếu giữa các lớp vật liệu hai chiều. Nguồn gốc từ tương tác lưỡng cực cảm ứng. Năng lượng tương tác tỉ lệ nghịch với lũy thừa khoảng cách. DFT chuẩn không mô tả chính xác lực này. Cần sử dụng các phiếm hàm hiệu chỉnh như DFT-D3, vdW-DF. Phương pháp Grimme (DFT-D3) thêm số hạng hiệu chỉnh kinh nghiệm. Phương pháp vdW-DF dựa trên lý thuyết phiếm hàm phi cục bộ. Tương tác van der Waals quyết định khoảng cách cân bằng giữa các lớp. Năng lượng liên kết thường trong khoảng 20-50 meV/nguyên tử. First principles calculation cho phép tính toán chính xác các tham số này.
2.2. Interface Coupling Và Charge Transfer
Interface coupling xảy ra tại bề mặt tiếp xúc graphene-bán dẫn. Sự chồng chập hàm sóng tạo ra tương tác điện tử yếu. Charge transfer từ bán dẫn sang graphene hoặc ngược lại. Hướng chuyển điện tích phụ thuộc vào công thoát của vật liệu. Graphene có thể nhận hoặc cho electron tùy đế bán dẫn. Mật độ điện tích chuyển tính bằng phân tích Bader. Sự tích tụ điện tích tạo ra lưỡng cực tại interface. Điện trường nội tại ảnh hưởng đến band structure. Schottky barrier hình thành do charge transfer. Density functional theory tính toán chính xác phân bố điện tích.
2.3. Ảnh Hưởng Đến Electronic Properties
Electronic properties của heterostructure khác biệt so với vật liệu đơn lẻ. Band structure xuất hiện các trạng thái lai hóa mới. Vùng cấm của bán dẫn có thể thay đổi khi tiếp xúc graphene. Điểm Dirac của graphene bị dịch chuyển khỏi mức Fermi. Sự mở vùng cấm nhỏ có thể xảy ra trong graphene. Mật độ trạng thái thay đổi tại vùng năng lượng gần mức Fermi. Tính chất bán dẫn hoặc kim loại được điều khiển qua interface. Graphene oxide tạo vùng cấm lớn hơn graphene nguyên chất. First principles calculation dự đoán các thuộc tính quang học. Khả năng ứng dụng trong thiết bị điện tử và quang điện tử.
III. Tiếp Giáp Schottky Graphene Silicon Qua DFT
Tiếp giáp Schottky graphene/silicon là hệ heterostructure quan trọng. Hàng rào Schottky quyết định đặc tính chỉnh lưu của tiếp giáp. Density functional theory tính toán chính xác độ cao hàng rào. Sự nhạy của hàng rào Schottky phản ánh tính chất tiếp giáp. Van der Waals interaction tạo tiếp giáp yếu không có trạng thái bề mặt. Charge transfer từ silicon sang graphene tạo vùng nghèo điện tích. Band structure cho thấy sự uốn cong vùng năng lượng. Electronic properties phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể silicon. Interface coupling ảnh hưởng đến thế truyền điện tích. First principles calculation giúp thiết kế tiếp giáp tối ưu. Nghiên cứu lý thuyết DFT cung cấp cơ sở cho ứng dụng thực tế.
3.1. Mô Hình Tiếp Giáp Kim Loại Bán Dẫn
Tiếp giáp Schottky hình thành khi kim loại tiếp xúc bán dẫn. Hàng rào Schottky là chênh lệch năng lượng giữa mức Fermi và vùng dẫn. Độ cao hàng rào quyết định dòng điện qua tiếp giáp. Mô hình Schottky-Mott dự đoán hàng rào từ công thoát. Trạng thái bề mặt của bán dẫn ảnh hưởng đến hàng rào thực tế. Lý thuyết trạng thái vùng cấm cảm ứng kim loại (MIGS) giải thích hiện tượng ghim. Graphene như kim loại hai chiều với công thoát ~4.5 eV. Silicon có ái lực electron và năng lượng ion hóa xác định. Van der Waals interaction tạo tiếp giáp khác biệt so với kim loại 3D. Density functional theory tính toán chính xác các tham số tiếp giáp.
3.2. Cấu Trúc Và Liên Kết Graphene Silicon
Cấu trúc tiếp giáp phụ thuộc vào hướng tinh thể silicon. Bề mặt Si(111) và Si(100) cho các cấu hình khác nhau. Khoảng cách cân bằng graphene-silicon khoảng 3.0-3.5 Å. Van der Waals interaction là lực liên kết chính. Năng lượng liên kết tính từ first principles calculation. Không có liên kết hóa trị mạnh giữa carbon và silicon. Graphene giữ nguyên cấu trúc phẳng trên silicon. Biến dạng nhỏ có thể xảy ra do sai lệch mạng. Interface coupling yếu cho phép dịch chuyển tương đối dễ dàng. Heterostructure ổn định ở nhiệt độ phòng.
3.3. Band Structure Và Schottky Barrier
Band structure của tiếp giáp cho thấy sự uốn cong vùng. Điểm Dirac của graphene dịch chuyển khỏi mức Fermi. Charge transfer tạo vùng nghèo điện tích trong silicon. Hàng rào Schottky tính từ sự chênh lệch năng lượng. Độ cao hàng rào phụ thuộc vào mặt tinh thể silicon. Sự nhạy của hàng rào Schottky thấp trong tiếp giáp vdW. Electronic properties ít bị ảnh hưởng bởi trạng thái bề mặt. Density functional theory dự đoán hàng rào n-type hoặc p-type. Thế truyền điện tích điều khiển cơ chế dẫn điện. First principles calculation tối ưu hóa cấu trúc tiếp giáp.
IV. Điều Khiển Nón Dirac Bằng Tương Tác Đế Bán Dẫn
Nón Dirac là đặc trưng quan trọng của band structure graphene. Sự trôi lên và tan rã của nón Dirac ảnh hưởng tính dẫn điện. Tương tác với đế bán dẫn có thể điều khiển hiện tượng này. Density functional theory mô phỏng sự thay đổi cấu trúc vùng. Interface coupling tạo ra điện trường cục bộ tác động lên graphene. Charge transfer thay đổi vị trí mức Fermi. Van der Waals interaction quyết định độ mạnh nhiễu loạn. Điểm Dirac thứ cấp xuất hiện trong một số cấu hình. Electronic properties được điều chỉnh qua lựa chọn vật liệu đế. First principles calculation dự đoán các điều kiện tối ưu. Nghiên cứu lý thuyết DFT hướng tới ứng dụng trong transistor.
4.1. Cơ Chế Trôi Lên Nón Dirac
Nón Dirac trôi lên khi điểm Dirac dịch khỏi mức Fermi. Charge transfer từ đế bán dẫn là nguyên nhân chính. Graphene nhận electron trở thành pha n-doped. Graphene cho electron trở thành pha p-doped. Mức độ pha tạp phụ thuộc vào công thoát của bán dẫn. Band structure cho thấy sự dịch chuyển điểm Dirac. Mật độ trạng thái thay đổi tại mức Fermi. Tính dẫn điện của graphene bị ảnh hưởng. Density functional theory tính toán chính xác năng lượng dịch chuyển. Interface coupling điều khiển mức độ trôi lên.
4.2. Hiện Tượng Tan Rã Nón Dirac
Tan rã nón Dirac xảy ra khi cấu trúc tuyến tính bị phá vỡ. Tương tác mạnh với đế tạo nhiễu loạn lớn. Vùng cấm nhỏ có thể mở ra tại điểm Dirac. Graphene oxide thường xuất hiện hiện tượng này. Nhóm chức oxygen phá vỡ đối xứng mạng lục giác. Electronic properties chuyển từ bán kim loại sang bán dẫn. First principles calculation mô phỏng sự thay đổi band structure. Mật độ trạng thái giảm mạnh tại điểm Dirac. Heterostructure với tương tác yếu giữ nguyên nón Dirac. Van der Waals interaction ít gây tan rã nón.
4.3. Điểm Dirac Thứ Cấp Và Ứng Dụng
Điểm Dirac thứ cấp xuất hiện ngoài điểm K trong vùng Brillouin. Tương tác với đế có cấu trúc đặc biệt tạo ra hiện tượng này. Band structure phức tạp hơn với nhiều điểm giao nhau. Electronic properties mới mở ra khả năng ứng dụng. Mật độ trạng thái có nhiều đỉnh tại các năng lượng khác nhau. Charge transfer không đồng đều tạo điện trường biến thiên. Density functional theory dự đoán vị trí điểm Dirac mới. Heterostructure thiết kế có thể tạo điểm Dirac theo yêu cầu. First principles calculation tối ưu hóa cấu trúc. Ứng dụng trong thiết bị điện tử đa chức năng.
V. Phương Pháp DFT Và Hiệu Chỉnh Van der Waals
Lý thuyết phiếm hàm mật độ là nền tảng cho tính toán first principles. Phương trình Kohn-Sham chuyển bài toán nhiều hạt thành bài toán đơn hạt. Phiếm hàm trao đổi-tương quan xấp xỉ bằng GGA hoặc LDA. Hiệu chỉnh van der Waals cần thiết cho heterostructure hai chiều. Phương pháp DFT-D3 của Grimme thêm số hạng kinh nghiệm. Phương pháp vdW-DF sử dụng phiếm hàm phi cục bộ. Phần mềm VASP thực hiện tính toán DFT hiệu quả. Phương pháp giả thế PAW mô tả chính xác tương tác electron-ion. Năng lượng cắt và lưới k ảnh hưởng đến độ chính xác. First principles calculation cho kết quả tin cậy cho graphene heterostructure.
5.1. Phương Trình Kohn Sham Và Xấp Xỉ
Phương trình Kohn-Sham là cơ sở của density functional theory. Mật độ electron xác định hoàn toàn năng lượng cơ bản. Phiếm hàm năng lượng tổng gồm động năng, tương tác Coulomb và trao đổi-tương quan. Xấp xỉ mật độ cục bộ (LDA) giả định khí electron đồng nhất. Xấp xỉ gradient tổng quát (GGA) tính đến gradient mật độ. GGA-PBE cho kết quả tốt với hệ phân tử và rắn. Phiếm hàm lai HSE06 cải thiện độ chính xác vùng cấm. First principles calculation giải phương trình tự hợp. Hội tụ năng lượng đảm bảo kết quả chính xác. Electronic properties tính từ hàm sóng Kohn-Sham.
5.2. Các Phương Pháp Hiệu Chỉnh vdW
DFT chuẩn không mô tả chính xác van der Waals interaction. Phương pháp DFT-D3 thêm số hạng hiệu chỉnh phụ thuộc khoảng cách. Hệ số C6 xác định từ tính chất nguyên tử. Hàm cắt ngắn tránh đóng góp từ khoảng cách xa. Phương pháp vdW-DF dựa trên lý thuyết phiếm hàm phi cục bộ. Kernel tương quan mô tả tương tác tầm xa. Phương pháp optB88-vdW kết hợp GGA với vdW-DF. Độ chính xác cải thiện cho heterostructure hai chiều. Năng lượng liên kết và khoảng cách cân bằng chính xác hơn. First principles calculation với hiệu chỉnh vdW tin cậy.
5.3. Phần Mềm VASP Và Tham Số Tính Toán
VASP là phần mềm DFT phổ biến cho tính toán vật liệu. Sử dụng sóng phẳng làm cơ sở cho hàm sóng. Phương pháp giả thế PAW mô tả chính xác electron lõi và hóa trị. Năng lượng cắt 500-600 eV đảm bảo hội tụ cho graphene heterostructure. Lưới điểm k Monkhorst-Pack đủ mật cho vùng Brillouin. Điều kiện biên tuần hoàn mô phỏng hệ vô hạn. Vùng chân không >15 Å tránh tương tác giữa các ảnh. Tối ưu hóa cấu trúc đến lực <0.01 eV/Å. Band structure tính dọc theo đường đối xứng cao. Density of states cho thông tin về electronic properties.
VI. Ứng Dụng Heterostructure Graphene Bán Dẫn
Heterostructure graphene-bán dẫn có tiềm năng ứng dụng rộng. Transistor hiệu ứng trường sử dụng graphene làm kênh dẫn. Tiếp giáp Schottky graphene/silicon tạo diode chỉnh lưu. Pin mặt trời sử dụng graphene làm điện cực trong suốt. Cảm biến khí dựa trên sự thay đổi charge transfer. Thiết bị quang điện tử khai thác tính chất quang học. Electronic properties điều khiển được mở ra nhiều khả năng. Density functional theory hướng dẫn thiết kế vật liệu tối ưu. First principles calculation dự đoán hiệu suất thiết bị. Interface coupling được tối ưu hóa cho từng ứng dụng. Nghiên cứu lý thuyết DFT thúc đẩy phát triển công nghệ nano.
6.1. Transistor Và Thiết Bị Điện Tử
Transistor graphene khai thác độ linh động điện tử cao. Schottky barrier tại tiếp giáp nguồn-kênh điều khiển dòng điện. Vùng cấm nhỏ của graphene hạn chế tỉ lệ đóng/mở. Heterostructure với bán dẫn mở vùng cấm hiệu quả. Band structure thiết kế cho phép chuyển mạch tốt. Charge transfer từ cổng điều khiển mật độ hạt tải. Electronic properties ổn định ở tần số cao. Density functional theory tối ưu hóa cấu trúc tiếp giáp. Van der Waals interaction giảm tán xạ tại interface. First principles calculation dự đoán đặc tính I-V.
6.2. Pin Mặt Trời Và Quang Điện Tử
Graphene trong suốt và dẫn điện tốt làm điện cực pin mặt trời. Heterostructure graphene-bán dẫn tạo tiếp giáp p-n. Schottky barrier tách cặp electron-lỗ trống quang sinh. Charge transfer nhanh giảm tái hợp hạt tải. Band structure điều chỉnh cho phổ hấp thụ tối ưu. Electronic properties ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển đổi. Interface coupling tốt tăng thu gom hạt tải. Density functional theory tính toán mức năng lượng. Graphene oxide điều chỉnh công thoát cho tiếp giáp. First principles calculation dự đoán hiệu suất lượng tử.
6.3. Cảm Biến Khí Và Sinh Học
Graphene nhạy với sự hấp phụ phân tử khí. Charge transfer từ phân tử thay đổi điện trở graphene. Heterostructure tăng độ nhạy và chọn lọc. Band structure thay đổi khi có phân tử hấp phụ. Electronic properties phụ thuộc vào loại phân tử. Van der Waals interaction giữ phân tử trên bề mặt. Density functional theory tính năng lượng hấp phụ. Thời gian đáp ứng nhanh nhờ diện tích bề mặt lớn. First principles calculation dự đoán tín hiệu cảm biến. Ứng dụng trong y tế và giám sát môi trường.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (127 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN CÔNG NGHỆ NANO VŨ HOÀNG NAM NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC GIỮA GRAPHENE VA DE BAN DẪN Ngành: Khoa học Vật liệu Mã số ngành: 62 44 01 22 Phản biện 1: PGS. BO NGOC SON Phan bién 2: GS. LE VAN HOANG Phản biện 3: TS.
VŨ VAN TUẦN Phản biện độc lập 1: PGS. NGUYEN NGỌC HIẾU Phản biện độc lập 2: PGS. NGUYÊN THÀNH TIÊN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HDC: PGS.TS CAO MINH THÌ HDP: TS. LÊ MINH HƯNG TP.
Hồ Chí Minh — 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận án tiến sĩ nganh Khoa học vật liệu, với đề tài “Nghiên cứu tương tác giữa graphene và dé bán dan bang lý thuyết phiém hàm mật do” là công trình khoa học do Tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn chính của PGS.TS Cao Minh Thì và hướng dẫn phụ của TS. Lê Minh Hưng. Những kêt quả nghiên cứu của luận án hoàn toàn trung thực, chính xác va không trùng lắp với các công trình đã công bố trong và ngoai nước. Nghiên cứu sinh Vũ Hoàng Nam LỜI CẢM ƠN Tôi mang ơn và biết ơn sâu sắc tới người Thầy hướng dẫn chính của tôi, PGS.TS Cao Minh Thì, vì tất cả sự chỉ bảo tận tình và cho phép tôi tìm ra con đường riêng đồng thời chỉ cho tôi các con đường thay thế mà tôi có thê đang bỏ lỡ.
Thầy không bao giờ ép buộc, luôn gợi các ý tưởng phù hợp, và vô cùng kiên nhẫn VỚI tÔI. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy GS.TS Lê Văn Hiếu, người đã hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học đại học, cao học và luôn ủng hộ, động viên tôi trong quá trình thực hiện dé tài luận án tiễn sĩ này. Tôi muốn gửi lời cảm ơn tới GS.TS Phan Bách Thắng và Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Cấu trúc Nano và Phân tử (INOMAR), DHQG-TP. Không có sự hỗ trợ và giúp đỡ tối đa từ họ trong việc cho phép tôi tiếp cận các nguồn tài nguyên tính toán, nghiên cứu này của tôi đã không thể thực hiện được.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Bộ môn Vật liệu Nano và Màng mỏng cũng như Khoa Khoa học va Công nghệ Vật liệu, Trường DH Khoa hoc Tự Nhiên, DHQG-TP.HCM đã luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình công tác và học tập. Tôi muốn gửi lời cảm ơn tới Viện Công nghệ Nano, ĐHQG-TP.HCM đã luôn tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học nghiên cứu sinh. Tôi cũng gửi lời cảm ơn tới người hướng dẫn phụ của tôi, TS Lê Minh Hưng. Anh đã giới thiệu tôi tới phương pháp lý thuyết phiém hàm mật độ, cùng tôi tim hiểu và vận hành các phần mềm ở giai đoạn đầu của quá trình nghiên cứu sinh.
Về việc sử dụng các nguồn tài nguyên tính toán, tôi muốn gửi lời cảm ơn tới Phong Tính toán Hiệu năng cao, Khoa Khoa học Máy tính, Trường DH Bách Khoa, ĐHQG-TP.HCM; Phòng thí nghiệm trọng điểm Khoa học tính toán đa tỉ lệ cho các Hệ phức hợp, Khoa Vật lý, Trường DH Khoa Học Tự Nhiên, ĐHQG-Hà Nội; Phong thí nghiệm Nano (CM Thi Lab), Trường DH Công nghệ TP.HCM- HUTECH; và Center for Computational Materials Science Institute for Materials Research, Tohoku University, Japan. li MỤC LỤC MỞ DAU.34 077340007944 097941 07244070944 errd 1 Phin 1 - TONG QUAN 0800008 n85. 5 Chương 1 CAC TINH CHAT ĐIỆN TU CUA GRAPHENE.1 Tir cấu trúc mạng tinh thé tới cấu trúc vùng năng lượng .2 Sự tán sắc tuyến tính.4 Những vấn đề tồn tại của graphene.1 M6 vùng cắm năng lượng tại điểm Dirac sơ cấp.2 Sự xuất hiện của điểm Dirac thứ cấp .5 Vấn đề nghiên cứu thứ nhất của luận án .------s-sssscs«+ 18 Chương 2 CÁC MÔ HÌNH TIẾP GIÁP KIM LOẠI/BÁN DẪN.1 Các trạng thái bề mặt.---- 2s s©se©ss©ssessetsstssesserserssrssee 20 2.2 Các mô hình tiếp giáp kim loai/ban dẫn truyền thống .1 Độ nhạy của hang rao Schottky và bậc thế tiếp giáp .2 Hàng rao Schottky trong sự hiện diện của trạng thái bề mặt. Lý thuyết trạng thái vùng cắm cảm ứng kim loại .4 Mô hình phân cực liên kết .3 Hàng rào Schottky của tiếp giáp vdW hai chiều .4 Những vấn đề tồn tại của tiếp giáp Schottky graphene/bán dẫn.5 Vấn đề nghiên cứu thứ hai của luận án.----°-sssssssses 35 Phân 2 — PHƯƠNG P.
--ss<Sc+etEEittEEkiittEirttrirrrrrirrrrree 36 Chương 3 LY THUYET PHIEM HAM MAT DO.1 Lý thuyết phiếm hàm mat dO .----- 2-2 se ss+ssessessessesses 36 3.2 Phương trình Kohhn-SÌ]ha1m.1 Cac phép xấp xỉ trao đổï-tương quan .2 Sự hiệu chỉnh lực van der WWaallS .4 Phương pháp giả thé .3 PHAN mềm VASP.4 Sự trải dai năng lượng. 00900009650 47 Phần 3 - KET QUA VÀ BAN LUUẬN.- 2222 ©cecce+ssEkeErsrreerkerkerrsrrsrre 50 Chương 4 DIEU KHIEN SỰ TRÒI LÊN VA TAN XA CUA CÁC NON 00) 0790376017577.1 Mô hình và các tham số tính toánn.2 Kết quả và thảo IWAN. ccssssscescessssssssssscsessessescessesssssssecsecscsecsesscsscencenes 56 AZ KGt LUA hố 6. 68 Chương 5 TIẾP GIAP SCHOTTKY CUA GRAPHENE/SILICON.1 Mô hình và các tham số tính toán.2 Kết quả và thảo luận .---s-s- se ssss+sstsstsserserssrssesserserssrssre 73 5.---s-e<css©sss+ssersetvserksersseerserrsersserssrrssre 73 5.2 Các cau trúc tiẾp giáp .1 Sự liên kết của graphene/silicon.2 Cấu trúc điện tử.------++2x+kc2EEEE2E1E7121121121121211 21111 crkrk,81 5.
Cơ chế truyền điện tich .4 Thế truyền điện tích va sự nhạy của hang rào Schottky. 98 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, .- 5-2-2 se©ss£©ss£Essersevxsersserserssersee 101 DANH MỤC CÔNG TRÌNH Đà CÔNG BÓ.---° 5 scsecsscsscsse 105 TÀI LIEU THAM KHẢO .e--2-s<s<ss©s£ss£Essevsseezseersersseevsee 106 IV DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Toán tử Hamiltonian Toán tử động năng Toán tử thế năng Hàm sóng tổng Hàm sóng một hạt Năng lượng Năng lượng trao đổi-tương quan Hiệu mật độ điện tích trung bình phẳng Điện tích cảm ứng tại bề mặt Độ cao hàng rào Schottky Độ nhạy của độ cao hàng rào Schottky Ái lực điện tử của dé silicon Công thoát bề mặt silicon Công thoát bề mặt graphene Công thoát bề mặt kim loại Công thoát của dé silicon đã bao phủ graphene Bậc thé tiếp giáp Bậc thế truyền điện tích Bậc thé hiệu ứng day ngược Thế cảm ứng tiếp giáp Độ rộng vùng cam năng lượng Mức năng lượng Fermi Sự dịch mức năng lượng Fermi của graphene Cực tiêu năng lượng vùng dẫn Cực đại năng lượng vùng hóa tri Vector tọa độ trong không gian thực Vector tọa độ (sóng) trong không gian đảo Vv K(K’) Góc vùng Brillouin graphene nguyên tố L Tâm ving Brillouin graphene nguyên tô x(x’) Góc vùng Brillouin graphene siêu mạng y Tâm vung Brillouin graphene siêu mạng © Góc quay của siêu mang N Số nguyên dương VI DANH MỤC CÁC CHU VIET TAT Viết tắt Tiéng Anh Tiéng Viét DFT Density functional theory Lý thuyết phiém hàm mật độ DOS Density of states Mật độ trạng thái G/hBN Graphene/hexagonal boron nitride Graphene/boron nitride lục giác G/S Graphene/semiconductor Graphene/bán dẫn G/Si Graphene/silicon Graphene/silicon G/SiC Graphene/silicon carbide Graphene/silicon carbide GBZ Primitive graphene Brillouin zone Vùng Brillouin graphene nguyên tố GGA Generalized gradient Xấp xi gradient tong quát approximation LDA Local density approximation Xấp xi mật độ địa phương M/S Metal/semiconductor Kim loại/bán dẫn MIGS Metal induced gap states Trạng thái vùng cắm cảm ứng kim loại PBZ Primitive Brillouin zone Vùng Brillouin nguyên tố PDP Primitive Dirac point Điểm Dirac sơ cấp SBH Schottky barrier height Độ cao hàng rào Schottky SBZ Superlattice Brillouin zone Vùng Brillouin siêu mạng SDP Secondary Dirac point Điểm Dirac thứ cấp vdW van der Waals van der Waals vii DANH MỤC CAC BANG Bảng 4.1: Các hằng sỐ mạng đã được hồi phục và độ lệch mạng của các thành phần trong các cau trúc tiếp giáp G/SiC .--¿- 2-22 ©2++Ex2Ext2EEEEESEECEEEEEErrkrrkrrrres 54 Bang 5.1: Các giá trị tính toán có hiệu chỉnh optB86b-vdW cho tam graphene cô lập, các dé Si, và các tiếp giáp /Si).2: Các kết quả tính toán trên các phiém hàm optB86b-vdW, LDA, và PBE cho một số tiếp giáp /S¡. - - ¿2© ©E£+EE+EE+EE£EEEEEEEEEEEE2121122122171211 211110,79 vill DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc mạng graphene cô lập. (a) Cấu trúc mạng thực của graphene với CAC V€C{OT MAN AI VA 82,.G- G TH TH HH ng 5 Hình 1.2: Cấu trúc vùng năng lượng của 6 graphene nguyên tố.
(a) Phé năng lượng trong toàn vùng Brillouin nguyên tố của graphene.4: (a) Sự mở một vùng cắm năng lượng (Es) tại điểm Dirac sơ cấp của graphene bang cách trộn vùng hóa tr.----- 2: 2 2£ x+E2E++EE+ExtzEtzxezrxerxerxeres 12 Hình 1.5: (a) Sự mở một vùng cắm năng lượng (;) tại điểm Dirac sơ cấp của graphene bang cách cách trộn lẫn góc K với góc K”.---------¿zs+-s+zx+++ 13 Hình 1.1: (a) Mô hình thé năng mạng tinh thé một chiều bán vô hạn có chu ky a với vùng không gian trong khối .------ + 2 + x+SE+E£EE£EEEEEEEEEEEEEEEErErrkkrrkerkerkrree 19 Hình 2. Một trạng thái bề mặt xuất hiện trong vùng cắm của dải khối .3: Giản đồ năng lượng của sự tiếp giáp kim loạibán dẫn (metal/semiconductor (M/S)) truyén thong mm.4: Độ cao hang rào Schottky (pn) thực nghiệm của sự tiếp giáp giữa bề mặt bán dẫn Si(1 11) đã tái cầu trúc 2x .----¿- + + ©x+x++Ex+rxerxrrxeerxerxerrrres 22 Hình 2.5: (a) (bên trái) Cấu trúc dải thực với Ec(k) và Ev(k) tương ứng là các dải dẫn và hóa trị thu được từ mạng vô hạn.6: (a) Mặt cắt dọc của mô hình tiếp giáp M/S với một số liên kết hóa học có độ dài ~ dus giữa nguyên tử kim loại và bán dẫn.7: Giản đồ mức năng lượng của sự tiếp giáp giữa graphene và bán dẫn (G/S) trong hai tình huống .----- 2£ £SE£SE£EE£EEESEEEEEEEEEEEEEE1E7171121121 71211112110.1: Sự minh hoa cho giả thế, Vps, và hàm sóng giả, ps, tương ứng thay cho thé thật, Vac, và hàm sóng thật tJae.---- 2-2: 5£ ©5£2S£2EE2EE‡EEt£EE£EEEEEtEErEerrxerxerkrrer 43 Hình 3.2: Sơ đồ khối của việc giải phương trình Kohn-Sham.3: (a) Cấu trúc dải năng lượng của điện tử tự do trong mạng một chiều với ô nguyên tố có hằng số mạng a.-- 2-2: 252 E£2EE2EE£EEESEEESEEEEEEEEEEEEkrrrkrrrerree 47 Hình 4.1: Cấu trúc nguyên tử của mô hình G/SiC không hồi phục va đã hồi phục cấu trúc. (a)-(d) Mô hình G-5-/3 x 5V/3-R 30° / SiC-4-/3 x42/3-R30°.2: Giản đồ gấp ving Brillouin giữa GBZ (đường mau den) va SBZ (các hexagonal màu xanh lục) của các siêu mạng graphene: (a) G-543 x 53 -R30° .3: Sự biến đổi của năng lượng tổng, Era, theo giá tri động năng .4: Các cấu trúc dải đã trải va dai bị gấp của các siêu mạng graphene G-5-/3 x5AJ3-R30° và G-9x9.5: Cấu trúc dải đã trải và dải bị gấp của siêu mạng graphene G- V21 x^ƒ21-R10,893°.6: Các cấu trúc dải đã trải và dải bị gấp của các siêu mạng graphene G-5.7: (a) Cấu trúc của siêu mạng graphene cô lập được bóc ra từ mô hình G-5. co cv 63 Hình 4.8: Các cấu trúc dải đã trải và cấu trúc dải bị gấp của G-7x7 dọc theo đường màu vàng-cam như đã chỉ ra ở Hình 4.1: Các cấu trúc nguyên tử đã tối ưu hóa của tiếp giáp G-V39 xx/39-R16,1°/Si(111)-4x4 với bề mặt Si(1 11)-44.2: Các cấu trúc dải năng lượng hình chiếu theo các lớp của dé Si (xem Hình 5.1) cho các cấu trúc: (a)-(k) (p, U, n0):S1-H(f):(@-€).ẶẶ 2c SS Si sSsieeieesee 74 Hình 5.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Từ khóa và chủ đề nghiên cứu
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Tương tác graphene-bán dẫn: Nghiên cứu lý thuyết DFT" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án tiến sĩ Khoa học Vật liệu nghiên cứu tương tác graphene-bán dẫn bằng lý thuyết DFT. Phân tích cấu trúc điện tử và truyền điện tích tại tiếp giáp Schottky.
Luận án "Tương tác graphene-bán dẫn: Nghiên cứu lý thuyết DFT" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Đại học Quốc gia TP. HCM, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Năm bảo vệ: 2023.
Luận án "Tương tác graphene-bán dẫn: Nghiên cứu lý thuyết DFT" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Tương tác graphene-bán dẫn: Nghiên cứu lý thuyết DFT" thuộc chuyên ngành Khoa học Vật liệu. Danh mục: Công Nghệ Vật Liệu.
Luận án "Tương tác graphene-bán dẫn: Nghiên cứu lý thuyết DFT" có bao nhiêu trang?
Luận án "Tương tác graphene-bán dẫn: Nghiên cứu lý thuyết DFT" có 127 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Tương tác graphene-bán dẫn: Nghiên cứu lý thuyết DFT" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.