Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự khuếch tán của tạp chất trong tinh thể Ge

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự khuếch tán của tạp chất trong tinh thể Ge

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 ===&=== NGUYỄN THỊ PHƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN SỰ KHUẾCH TÁN CỦA TẠP CHẤT TRONG TINH THỂ Ge LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT HÀ NỘI, 2018
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 ===&=== NGUYỄN THỊ PHƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN SỰ KHUẾCH TÁN CỦA TẠP CHẤT TRONG TINH THỂ Ge Chuyên ngành:Vật lí lí thuyết và Vật lí toán Mã số: 8 44 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Phan Thị Thanh Hồng HÀ NỘI, 2018
3. LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phan Thị Thanh Hồng ngƣời đã định hƣớng chọn đề tài và tận tình hƣớng dẫn để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Phòng Sau Đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lý, các thầy cô giáo giảng dạy chuyên ngành Vật lý lý thuyết và Vật lý toán Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Cuối cùng, tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện về mọi mặt trong quá trình học tập để tôi hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày 20 tháng 6 năm 2018 Tác giả Nguyễn Thị Phƣơng
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Phan Thị Thanh Hồng. Tất cả các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2018 Học viên Nguyễn Thị Phƣơng
5. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 1 3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 1 4. Đối tƣợng nghiên cứu.................................................................................... 1 5. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................... 2 6. Dự kiến đóng góp mới .................................................................................. 2 CHƢƠNG 1: CÁC NGHIÊN CỨU VỀ KHUẾCH TÁN TRONG TINH THỂ Ge ...................................................................................................................... 3 1.1. Tinh thể Ge ................................................................................................. 3 1.1.1. Cấu trúc tinh thể của Ge .......................................................................... 3 1.1.2. Một vài đặc điểm riêng của Ge ............................................................... 5 1.1.3. Một số khuyết tật trong tinh thể Ge ........................................................ 6 1.1.4. Những ứng dụng quan trọng của Ge ....................................................... 8 1.3. Các nghiên cứu về khuếch tán trong tinh thể Ge ..................................... 11 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ................................................................................ 13 CHƢƠNG 2: S KHUẾCH TÁN C T P CHẤT TRONG TINH THỂ BÁN DẪN ....................................................................................................... 14 2.1. Phƣơng pháp thống kê mômen trong nghiên cứu tinh thể bán dẫn. ........ 14 2.1.1. Độ dời của hạt khỏi nút mạng ............................................................... 14 2.1.2. Năng lƣợng tự do Helmholtz ................................................................ 18 2.2. Lý thuyết khuếch tán của tạp chất trong tinh thể bán dẫn ....................... 19 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ................................................................................ 23 CHƢƠNG 3: S KHUẾCH TÁN C T P CHẤT TRONG TINH THỂ Ge ......................................................................................................................... 24 3.1. Cách xác định các đại lƣợng khuếch tán. ................................................. 24
6. 3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên các đại lƣợng khuếch tán của tạp chất trong tinh thể Ge. ...................................................................................................... 26 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ................................................................................ 34 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 36
7. DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Thông số thế Stilinger – Weber của Ge [15] .................................. 25 Bảng 3.2. Các thông số thế của l, Ga và Si [18] từ thực nghiệm ................. 26 Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên các đại lƣợng khuếch tán của l trong Ge ........................................................................................................... 27 Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên các đại lƣợng khuếch tán của Ga trong Ge ........................................................................................................... 28 Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên các đại lƣợng khuếch tán của Si trong Ge ........................................................................................................... 29 Bảng 3.6. So sánh năng lƣợng kích hoạt Q của l, Ga và Si trong Ge với thực nghiệm và tính toán khác ........................................................................ 30
8. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Mạng tinh thể Ge ............................................................................... 3 Hình 1.2. Những hốc trong Ge. ......................................................................... 4 Hình 1.3. Mạng tinh thể kẽm sunfua (ZnS) ...................................................... 5 Hình 1.4. Khuyết tật nút khuyết trongGe .......................................................... 6 Hình 1.5. Tạp thay thế nút mạng trong Ge....................................................... 7 Hình 1.6. Khuyết tật tạp xen kẽ trong Ge ......................................................... 7 Hình 1.7. Hình ảnh ứng dụng của vật liệu bán dẫn. ........................................ 10 Hình 1.8. Ba cơ chế khuếch tán ...................................................................... 10 Hình 1.9. Hệ số khuếch tán của các tạp chất B, P và s trong Si phụ thuộc vào nồng độ ........................................................................................... 12 Hình 3.1. Quy luật rrhenius của l khuếch tán trong Ge ............................ 31 Hình 3.2. Quy luật rrhenius của Ga khuếch tán trong Ge ............................ 32 Hình 3.3. Quy luật rrhenius của Si khuếch tán trong Ge ............................. 33
9. DANH MỤC VIẾT TẮT Pp : Phƣơng pháp TKMM: Thống kê mômen Nđtđ : Nhiệt độ tuyệt đối Kt : Khuếch tán
10. 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Các vật liệu Ge, Si, GaAs, ZnS, đƣợc xem xét, tìm hiểu và chúng đƣợc đƣa vào thực tiễn và giúp ích rất nhiều. Lợi ích rất quan trọng của nó là chế tạo các linh kiện điện tử bán dẫn. Ngày này, ngành điện tử với sự đi lên các linh kiện điện tử đã góp phần không hề nhỏ nhƣ: Diode, tranzito và mạch tích hợp. Chính sự phát triển của chúng cho ra đời của rất nhiều sản phẩm nhƣ ti vi, tủ lạnh, điện thoại cầm tay, điện thoại cố định, máy vi tính, Bên cạnh các thiết bị sử dụng cho nhu cầu sinh hoạt, giải trí hay thông tin liên lạc thì chất bán dẫn cũng có một vị trí đối với hoạt động của các máy TM, truyền thông. Các linh kiện không đơn giản mà có ngƣời ta đã có sự pha trộn đó chính là từ chất bán dẫn không bị lẫn bởi các chất khác, ví dụ: Si hoặc Ge. Từ đó sẽ pha nguyên tử tạp chất tới Ge(Si) lúc ấy xuất hiện hai loại bán dẫn là bán dẫn loại n và p. Điốt và tranzito chính là hai sản phẩm đƣợc tạo thành khi ta kết hợp bán dẫn loại p và n. Nhìn chung thì việc pha các tạp chất vào các bán dẫn thuần khiết khá là phong phú nhƣng nó cũng là nền tảng , cơ sở đƣợc sử dụng đã từ lâu. Trên thực tế thì có rất nhiều cách thức nghiên cứu cho việc đƣa nguyên tử tạp chất. Vì vậy tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự khuếch tán của tạp chất trong tinh thể Ge” 2. Mục đích nghiên cứu - Việc đƣa tạp chất vào dƣới ảnh hƣởng của nhiệt bằng pp TKMM. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Áp dụng các biểu thức để tính số rồi đối chiếu với kết quả đã đƣợc kiểm nghiệm bằng thí nghiệm. 4. Đối tƣợng nghiên cứu - Những đặc điểm khuếch tán của tạp chất trong Ge.