Luận án Tiến sĩ Vật lý: Nghiên cứu sự tự khuếch tán và khuếch tán của tạp chất trong bán dẫn bằng phương pháp thống kê mômen

Mục đích của luận án là xây dựng lí thuyết về sự tự khuếch tán và khuếch tán của tạp chất trong tinh thể bán dẫn dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất và độ biến dạng. Áp dụng các công thức lí thuyết thu được để tính số cho các đại lượng khuếch tán như năng lương kích hoạt Q, hệ số trước hàm mũ D0 và hệ số khuếch tán D của một số chất cụ thể. Các kết quả tính số sẽ được so sánh với thực nghiệm và các tính toán bằng lí thuyết khác để thấy được mức độ tin cậy của phương pháp đã chọn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận án Tiến sĩ Vật lý: Nghiên cứu sự tự khuếch tán và khuếch tán của tạp chất trong bán dẫn bằng phương pháp thống kê mômen 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI Nghiên cứu sự tự khuếch tán và khuếch tán của tạp chất trong bán dẫn bằng phương pháp thống kê mômen Phan Thị Thanh HồngChuyên ngành: Vật lí lí thuyết và vật lí toánMã số: 62.44.01.03Người hướng dẫn: 1. GS.TS. Vũ Văn Hùng 2. PGS.TS. Nguyễn Thanh Hải 2013 2 MỞ ĐẦU1. Lý do chọn đề tài Khuếch tán là một hiện tượng rất cơ bản trong tự nhiên và nó xảy ratrong tất cả các môi trường vật chất [1]: Trong môi trường chất khí, chất lỏng,chất rắn, trong động vật, thực vật, trong vũ trụ,… Do vậy, nghiên cứu để hiểucác quá trình khuếch tán chính là nghiên cứu quy luật cơ bản của tự nhiên. Nósẽ góp phần làm cho con người hiểu rõ về các quá trình vận động của vật chấtvà góp phần khám phá ra những quy luật cơ bản của quá trình vận động vậtchất trong tự nhiên, nhất là sự vận động trong thế giới vi mô. Chính vì ý nghĩađó nên từ xưa đến nay, hiện tượng khuếch tán trong tự nhiên là một đề tài hấpdẫn và luôn có những vấn đề mới đặt ra để nghiên cứu. Trong từng thời kì,con người đã đi sâu tìm hiểu quá trình khuếch tán ở các mức độ khác nhau: từviệc quan tâm nghiên cứu các hạt bụi di chuyển trong không khí, đến việcnghiên cứu các chất màu lan truyền trong chất lỏng, quan sát sự thẩm thấu cácchất qua các màng động và thực vật, coi quá trình khuếch tán là một hiệntượng lí sinh,… Từ đầu thế kỉ XX, con người đã nghiên cứu rất mạnh các thành phầnvật chất khác nhau trong các kim loại để tạo nên các hợp kim có tính chất đặcbiệt phục vụ cuộc sống của con người. Đặc biệt là sau khi Schockley phátminh ra hiệu ứng tranzito vào năm 1948, ngành công nghiệp điện tử phát triểnnhư vũ bão thì kĩ thuật khuếch tán các nguyên tử tạp chất vào vật liệu bán dẫncũng phát triển nhanh chóng nhằm chế tạo các linh kiện bán dẫn, mạch tổhợp, các linh kiện cảm biến thông minh, linh kiện quang điện tử bán dẫn,…Các linh kiện bán dẫn vi điện tử là nền tảng để chế tạo các thiết bị điện tử tiêntiến, các hệ thống thiết bị truyền thông, công nghệ thông tin, máy tính quanglượng tử, người máy, đo lường điều khiển,… mà chúng đã, đang và sẽ pháttriển rất mạnh trong thế kỉ XXI này. 3 Có hàng trăm công trình nghiên cứu cả lí thuyết và thực nghiệm về sựtự khuếch tán và khuếch tán của các tạp chất trong bán dẫn, đặc biệt là sựkhuếch tán trong bán dẫn silic, thu hút được sự quan tâm mạnh mẽ của nhiềunhà khoa học có tên tuổi trên thế giới. Tuy nhiên, việc đo đạc chính xác cácđại lượng khuếch tán là một điều rất khó, đòi hỏi phải có các trang thiết bịhiện đại và có đội ngũ chuyên gia giàu kinh nghiệm. Về mặt lí thuyết, cónhiều phương pháp đã được sử dụng để nghiên cứu về khuếch tán nhưphương pháp mô phỏng, phương pháp liên kết chặt, phương pháp thế kinhnghiệm, các phương pháp ab initio,… Các phương pháp này đã thu đượcnhững thành công nhất định nhưng các tính toán còn bị hạn chế và các kết quảsố thu được có độ chính xác chưa cao so với các giá trị thực nghiệm. Vì vậy,nghiên cứu về sự tự khuếch tán và khuếch tán của tạp chất trong bán dẫn vẫnlà vấn đề có ý nghĩa khoa học và mang tính thời sự. Trong khoảng 30 năm trở lại đây, một phương pháp thống kê mới gọilà phương pháp thống kê mômen đã được áp dụng nghiên cứu thành công đốivới các tính chất nhiệt động và đàn hồi của các tinh thể phi điều hòa có cấutrúc lập phương tâm diện, lập phương tâm khối, cấu trúc kim cương và cấutrúc zinc blend (ZnS). Phương pháp này cũng đã được sử dụng một cách cóhiệu quả để nghiên cứu về hiện tượng tự khuếch tán trong các kim loại và hợpkim có cấu trúc lập phương tâm diện và lập phương tâm khối [7, 11]. Trongcông trình [5] “nghiên cứu các tính chất nhiệt động và môđun đàn hồi của tinhthể và hợp chất bán dẫn bằng phương pháp mômen” tác giả đã xây dựng đượccác biểu thức giải tích và đã áp dụng tính số cho một loạt các đại lượng nhiệtđộng và môđun đàn hồi như: nhiệt dung riêng, hệ số dãn nở nhiệt, hệ số nénđẳng nhiệt, môđun Young E,… của tinh thể và hợp chất bán dẫn có cấu trúckim cương và cấu trúc ZnS. Tuy nhiên, hiện tượng khuếch tán và các đạilượng vật lí gắn liền với hiện tượng khuếch tán như năng lượng kích hoạt Q, 4hệ số trước hàm mũ D0, hệ số khuếch tán D, … của tinh thể và hợp chất bándẫn vẫn chưa được đề cập đến. Vì vậy, việc tiếp tục áp dụng phương phápthống kê mômen để nghiên cứu hiện tượng khuếch tán trong tinh thể bán dẫncó cấu trúc kim cương và cấu trúc ZnS là việc làm hết sức cần thiết nhằmhoàn thiện và phát triển lí thuyết này ...