Nghiên cứu ảnh hưởng của điện tử và phonon giam cầm lên tính chất quang trong các hệ bán dẫn

• Tác giả: Nguyễn Thị Thanh Nhàn
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Quang Báu
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý
• Đề tài: Ảnh Hưởng Của Điện Tử Và Phonon Giam Cầm Đến Tính Chất Quang Trong Hệ Bán Dẫn
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Nội dung nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 1.6. Cấu trúc của luận án
• 2. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ HỆ BÁN DẪN HAI CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU
• 2.1. Hấp thụ sóng điện từ yếu trong bán dẫn khối khi có mặt trường bức xạ laser
• 2.2. Hệ bán dẫn hai chiều
• 2.2.1. Hố lượng tử
• 2.2.2. Siêu mạng pha tạp
• 2.2.3. Siêu mạng hợp phần
• 2.3. Hệ bán dẫn một chiều
• 2.3.1. Dây lượng tử hình chữ nhật với hố thế cao vô hạn
• 2.3.2. Dây lượng tử hình trụ với hố thế cao vô hạn
• 2.3.3. Dây lượng tử hình trụ với hố thế parabol
• 3. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LƯỢNG TỬ VÀ HỆ SỐ HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ YẾU
• 3.1. Phương trình động lượng tử và hàm phân bố của điện tử trong bán dẫn khối khi có mặt hai sóng điện từ
• 3.2. Hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu khi có mặt trường bức xạ laser trong bán dẫn khối
• 3.3. Hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong hệ bán dẫn hai chiều khi có mặt trường bức xạ laser
• 3.3.1. Hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong hố lượng tử khi có mặt trường bức xạ laser
• 3.3.2. Hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp khi có mặt trường bức xạ laser
• 3.4. Hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong hệ bán dẫn một chiều khi có mặt trường bức xạ laser
• 3.4.1. Hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình chữ nhật hố thế cao vô hạn khi có mặt trường bức xạ laser
• 3.4.2. Hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn khi có mặt trường bức xạ laser
• 4. ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIAM CẦM PHONON LÊN HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ YẾU
• 4.1. Ảnh hưởng của sự giam cầm phonon lên hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong hệ bán dẫn hai chiều và một chiều khi có mặt trường bức xạ laser
• 4.1.1. Ảnh hưởng của sự giam cầm phonon lên hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong hố lượng tử khi có mặt trường bức xạ laser
• 4.1.2. Ảnh hưởng của sự giam cầm phonon lên hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong siêu mạng pha tạp khi có mặt trường bức xạ laser
• 4.1.3. Ảnh hưởng của sự giam cầm phonon lên hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình chữ nhật hố thế cao vô hạn khi có mặt trường bức xạ laser
• 4.1.4. Ảnh hưởng của sự giam cầm phonon lên hấp thụ sóng điện từ yếu bởi điện tử giam cầm trong dây lượng tử hình trụ hố thế cao vô hạn khi có mặt trường bức xạ laser
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về hệ bán dẫn

Hệ bán dẫn là một trong những lĩnh vực quan trọng trong vật lý chất rắn. Các cấu trúc bán dẫn hai chiều và một chiều đã thu hút sự chú ý lớn trong nghiên cứu hiện nay. Sự giam cầm của điện tử trong các cấu trúc này dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong các tính chất quang của vật liệu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi phonon bị giam cầm, các tính chất quang như hấp thụ sóng điện từ sẽ bị ảnh hưởng mạnh mẽ. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng trong công nghệ quang học và điện tử. Theo đó, việc hiểu rõ về tính chất quang của hệ bán dẫn là rất cần thiết để phát triển các thiết bị quang học tiên tiến.

1.1. Cấu trúc bán dẫn hai chiều

Cấu trúc bán dẫn hai chiều, như hố lượng tử và siêu mạng pha tạp, cho phép điện tử di chuyển tự do trong mặt phẳng nhưng bị giới hạn theo chiều dày. Sự giam cầm này làm thay đổi phổ năng lượng của điện tử, dẫn đến các hiệu ứng quang mới. Nghiên cứu cho thấy rằng, khi có mặt của bức xạ laser, sự hấp thụ sóng điện từ yếu có thể gia tăng, tạo ra các ứng dụng tiềm năng trong công nghệ quang học. Các phương pháp nghiên cứu như phương trình động lượng tử đã được áp dụng để phân tích các hiện tượng này.

1.2. Cấu trúc bán dẫn một chiều

Cấu trúc bán dẫn một chiều, như dây lượng tử, cho phép điện tử di chuyển tự do theo một chiều. Sự giam cầm của phonon trong các cấu trúc này cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong trường hợp có mặt của bức xạ laser, hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu có thể thay đổi cả định lượng lẫn định tính. Điều này cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu sâu hơn về các cơ chế tán xạ điện tử - phonon trong các hệ bán dẫn một chiều.

II. Ảnh hưởng của điện tử và phonon giam cầm

Sự giam cầm của điện tử và phonon trong các hệ bán dẫn có ảnh hưởng lớn đến tính chất quang của vật liệu. Khi phonon bị giam cầm, các hiệu ứng tán xạ điện tử - phonon trở nên rõ rệt hơn, dẫn đến sự thay đổi trong hệ số hấp thụ sóng điện từ. Nghiên cứu cho thấy rằng, trong các hệ bán dẫn hai chiều, sự giam cầm này có thể làm tăng cường khả năng hấp thụ sóng điện từ yếu khi có mặt của bức xạ laser. Điều này mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong lĩnh vực quang học và điện tử.

2.1. Tán xạ điện tử phonon quang

Tán xạ điện tử - phonon quang là một trong những cơ chế quan trọng ảnh hưởng đến tính chất quang của hệ bán dẫn. Khi điện tử tương tác với phonon, năng lượng của điện tử có thể bị thay đổi, dẫn đến sự thay đổi trong khả năng hấp thụ sóng điện từ. Nghiên cứu cho thấy rằng, trong các hệ bán dẫn hai chiều, sự giam cầm của phonon có thể làm tăng cường khả năng hấp thụ sóng điện từ yếu, tạo ra các ứng dụng mới trong công nghệ quang học.

2.2. Tán xạ điện tử phonon âm

Tán xạ điện tử - phonon âm cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất quang của hệ bán dẫn. Sự giam cầm của phonon âm có thể làm thay đổi cách mà điện tử tương tác với sóng điện từ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong các hệ bán dẫn một chiều, sự giam cầm này có thể dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu, mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng trong công nghệ điện tử và quang học.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, sự giam cầm của điện tử và phonon có ảnh hưởng lớn đến tính chất quang trong các hệ bán dẫn. Các biểu thức giải tích cho hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu đã được thiết lập, cho thấy rằng khi có mặt của bức xạ laser, hệ số này có thể có giá trị âm, tức là sóng điện từ yếu được gia tăng. Điều này khác biệt so với các nghiên cứu trước đây trong bán dẫn khối, cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu sâu hơn về các hiệu ứng này trong các hệ bán dẫn thấp chiều.

3.1. So sánh với các nghiên cứu trước

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sự giam cầm của phonon trong các hệ bán dẫn thấp chiều dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong hệ số hấp thụ sóng điện từ yếu. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này cho thấy rằng, trong các hệ bán dẫn hai chiều và một chiều, sự giam cầm của phonon có thể làm tăng cường khả năng hấp thụ sóng điện từ yếu, mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong công nghệ quang học và điện tử.

3.2. Ứng dụng trong công nghệ

Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghệ quang học và điện tử. Việc hiểu rõ về ảnh hưởng của điện tử và phonon giam cầm đến tính chất quang sẽ giúp phát triển các thiết bị quang học tiên tiến, như cảm biến quang, laser và các linh kiện điện tử siêu nhỏ. Điều này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn có giá trị thực tiễn cao trong việc phát triển công nghệ hiện đại.