Tải khóa luận tốt nghiệp ngành sư phạm vật lý với đề tài: Một số nghiên cứu về sự tự ̣khuếch tán và khuếch tán của tap̣ chất trong tinh thể Germanium (Ge).ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
NGÂN HÀNG KĨ THUẬT SỐ-slide CHƯƠNG 1 B 1 2024.pptx
Khóa luận: Nghiên cứu về sự tự ̣khuếch tán và khuếch tán của tap̣ chất
1. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÍ
--------------------
-----------------------
ĐẶNG PHƯƠNG DUNG
LIÊN HỆ TẢI BÀI KẾT BẠN ZALO:0917 193 864
DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
WEBSITE: VIETKHOALUAN.COM
ZALO/TELEGRAM: 0917 193 864
MAIL: BAOCAOTHUCTAPNET@GMAIL.COM
MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ TỰ KHUẾCH
TÁN VÀ KHUẾCH TÁN CỦA CÁC TẠP CHẤT
TRONG TINH THỂ GERMANIUM (Ge)
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành Vật lí lí thuyết
2. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÍ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
--------------------
-----------------------
KHOA VẬT LÍ
--------------------
-----------------------
ĐẶNG PHƯƠNG DUNG
ĐẶNG PHƯƠNG DUNG
MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ TỰ KHUẾCH TÁN
VÀ KHUẾCH TÁN CỦA CÁC TẠP CHẤT TRONG MỘT
SỐ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ TỰ KHUẾCH TÁN
TINH THỂ GERMANIUM (Ge)
VÀ KHUẾCH TÁN CỦA CÁC TẠP CHẤT TRONG
TINH THỂ GERMANIUM (Ge)
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
chhKHÓAChuyênLUẬNngànhTỐTVậtNGHIỆPlílíthuyếtĐẠI HỌC
Người hướng dẫn
TS. Phan Thị Thanh Hồng
Hà Nội 2018
3. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
LỜI CẢM ƠN
Em xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Vật lí –
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2.
Em xin trân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong tổ bộ môn “Vật lí lí
thuyết” đã luôn quan tâm, động viên và tạo điều kiện cho em trong thời gian
học tập và thực hiện đề tài.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phan Thị Thanh Hồng đã tận
tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Cuối cùng, em xin cảm ơn sự động viên, giúp đỡ nhiệt tình của gia đình
và bạn bè.
Em xin trân trong̣cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2018
Sinh viên
Đặng Phương Dung
4. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của em dưới sự hướng dẫn
của TS. Phan Thị Thanh Hồng.
Trong quá trình thực hiện đề tài, em có tham khảo một số tài liệu đã
được ghi trong mục Tài liệu tham khảo
Hà Nội, tháng 5 năm 2018
Sinh viên
Đặng Phương Dung
5. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài...........................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu.....................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.................................................................2
4. Nhiệm vụ nghiên cứu ....................................................................................2
5. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................2
6. Cấu trúc khoá luận.........................................................................................2
CHƯƠNG I: SƠ LƯỢC VỀ CHẤT BÁN DẪN VÀ CƠ CHẾ KHUẾCH TÁN
3
CHỦ YẾU TRONG BÁN DẪN .......................................................................3
1.1. Sơ lược về bán dẫn.....................................................................................3
1.2. Các ứng dụng quan trọng của vật liệu bán dẫn..........................................5
1.3. Các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong bán dẫn...........................................7
1.3.1. Khái niệm khuếch tán..............................................................................7
1.3.2. Các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong bán dẫn........................................7
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1..................................................................................9
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ KHUẾCH TÁN TRONG TINH
THỂ GE...........................................................................................................10
2.1. Các đaịlương̣nghiên cứu trong hiêṇ tương̣khuếch tán...........................10
2.2. Các nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm.................................................12
TÀI LIÊỤ THAM KHẢO...............................................................................33
6. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ge là môṭ trong hai bán dẫn đơn chất điển hình (Ge vàSi) được ứng
dụng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành công nghiệp điện tử.
Sự phát triển của các linh kiện bán dẫn như: điốt, tranzito, mạch tích hợp,…
đã cho ra đời hàng loạt các thiết bị điện tử tinh vi như đầu đọc đĩa CD, máy
fax, máy quét tại các siêu thị, điện thoại di động,…
Để có được các linh kiện bán dẫn kể trên, người ta phải tạo ra hai loại
bán dẫn là bán dẫn loại n và bán dẫn loại p bằng cách pha các nguyên tử tạp
chất vào Ge (hay Si). Có nhiều phương pháp pha nguyên tử tạp chất vào vật
liệu bán dẫn như phương pháp nuôi đơn tinh thể, phương pháp cấy ion,
phương pháp khuếch tán,... So với các phương pháp khác thì phương pháp
khuếch tán có nhiều ưu điểm như không làm thay đổi cấu trúc tinh thể, có thể
pha tạp với chiều sâu tùy ý, cho phép điều khiển tốt hơn các tính chất của
tranzito,... Đó là những lí do chính khiến cho kĩ thuật khuếch tán các nguyên
tử vào vật liệu bán dẫn đã và đang thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà
khoa học.
Đa ̃có nhiều công trình nghiên cứu cả lí thuyết và thực nghiệm về sự tự
khuếch tán và khuếch tán của các tạp chất trong bán dẫn, đặc biệt là sự
khuếch tán trong bán dẫn Si vàGe. Tuy nhiên, việc đo đạc chính xác các đại
lượng khuếch tán là một điều rất khó, đòi hỏi phải có các trang thiết bị hiện
đại và có đội ngũ chuyên gia giàu kinh nghiệm. Về mặt lí thuyết, có nhiều
phương pháp đã được sử dụng để nghiên cứu về khuếch tán; các phương pháp
này đã thu được những thành công nhất định nhưng các tính toán còn bị hạn
chế và các kết quả số 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 vẫn là vấn đề có ý nghĩa khoa học và mang tính thời sự.
1
7. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Xuất phát từ những lído trên, nên chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là:
“Một số nghiên cứu vềsư ̣tư ̣khuếch tán vàkhuếch tán của tap̣chất trong
tinh thể Germanium (Ge)”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu các nghiên cứu líthuyết vàcác quan sát thưc ̣nghiêṃ vềsư ̣tư ̣
khuếch tán vàkhuếch tán của tap̣chất trong tinh thểGe.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Các công trình, bài báo, tài liêụ viết vềsư ̣khuếch tán trong tinh thểGe.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Sưu tầm, câp̣nhâṭcác bài báo, tài liêụ viết vềkhuếch tán trong Ge.
- Đoc,̣ dicḥ các tài liêụ sưu tầm đươc ̣.
- Phân tích, đánh giá, tổng hơp̣đểviết khóa luâṇ.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Đọc, tra cứu tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
- Phân tích, đánh giá, tổng hợp các kiến thức đã tìm hiểu được.
6. Cấu trúc khoá luận
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, khóa luận dự kiến
có hai chương:
Chương 1: Sơ lươc ̣vềbán dâñ vàcác cơ chếkhuếch tán chủyếu trong bán dâñ.
1.1. Sơ lươc ̣vềbán dâñ.
1.2. Các ứng dung̣cơ bản của bán dẫn.
1.3. Các cơ chếkhuếch tán chủyếu trong bán dâñ.
Kết luận chương 1
Chương 2: Các nghiên cứu vềkhuếch tán trong tinh thể Germanium.
2.1. Các đaịlương̣nghiên cứu trong hiêṇ tương̣khuếch tán 2.2.
Các nghiên cứu lí thuyết
Kết luận chương 2
Kết luận chung
2
8. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
CHƯƠNG I
SƠ LƯỢC VỀ CHẤT BÁN DẪN VÀ CƠ CHẾ KHUẾCH TÁN
CHỦ YẾU TRONG BÁN DẪN
1.1. Sơ lược về bán dẫn
Theo tài liệu [1], các chất bán dẫn thông dụng thường kết tinh theo
mạng tinh thể lập phương tâm diện. Trong đó, mỗi nút mạng được gắn với
một gốc gồm hai nguyên tử. Hai nguyên tử đó cùng loại nếu là bán dẫn đơn
chất như Si, Ge và hai nguyên tử đó khác loại nếu là bán dẫn hợp chất như
GaAs, InSb, ZnS, CdS,...
Hình 1.1. Mạng tinh thể Ge.
Ge là vật liệu bán dẫn điển hình. Đơn tinh thể Ge có cấu trúc kim
cương (Hình 1.1) gồm hai phân mạng lập phương tâm diện lồng vào nhau,
phân mạng này nằm ở 1/4 đường chéo chính của phân mạng kia. Trong một ô
cơ sở có 8 nguyên tử Ge, mỗi nguyên tử Ge là tâm của một hình tứ diện đều
cấu tạo từ bốn nguyên tử lân cận gần nhất xung quanh. Độ dài cạnh của ô cơ
o
sở (còn gọi là hằng số mạng tinh thể) ở 298K là a o = 5,43 A .
3
9. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
o
Mạng tinh thể Ge rất hở. Bán kính của nguyên tử Ge là 1,22 A . Trong
một ô cơ sở của mạng tinh thể Ge có 5 lỗ hổng mạng (còn gọi là hốc hay kẽ
hở mạng) trong đó 4 hốc nằm trên bốn đường chéo chính đối diện với các
nguyên tử Ge thuộc đường chéo đó qua tâm hình lập phương và hốc thứ 5
nằm ở tâm của hình lập phương (Hình 1.2- hốc 1, 2, 3, 4, 5). Mỗi hốc có bán
kính đúng bằng bán kính của nguyên tử Ge và do đó có thể chứa khít một
nguyên tử Ge. Mỗi hốc cũng là tâm của một hình tứ diện đều cấu tạo từ bốn
hốc xung quanh hoặc bốn nguyên tử Ge xung quanh (xem Hình 1.2).
Hình 1.2. Các hốc (lỗ hổng) trong mạng tinh thể Ge.
Các bán dẫn hợp chất AIII
BV
hoặc A II
BVI
như GaAs hay ZnS chẳng
hạn (Hình 1.3) thường kết tinh dưới dạng zinc blend (ZnS), cũng gồm hai
phân mạng lập phương tâm diện lồng vào nhau, phân mạng này nằm ở 1/4
đường chéo chính của phân mạng kia.
Tuy nhiên, nếu mạng thứ nhất cấu tạo từ một loại nguyên tử (Zn chẳng
hạn) thì mạng thứ hai cấu tạo từ loại nguyên tử khác (S chẳng hạn). Trong
4
10. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
tinh thể ZnS, mỗi nguyên tử Zn là tâm của một hình tứ diện đều cấu tạo từ
bốn nguyên tử S xung quanh. Ngược lại, mỗi nguyên tử S lại là tâm của một
hình tứ diện đều, cấu tạo từ bốn nguyên tử Zn xung quanh.
Chú thích:
Lưu huỳnh (S)
Kẽm (Zn)
Hình 1.3. Mạng tinh thể kẽm sunfua (ZnS).
1.2. Các ứng dụng quan trọng của vật liệu bán dẫn
Vật liệu bán dẫn được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh
vực khoa học, kỹ thuật và công nghiệp. Tuy nhiên, ứng dụng quan trọng nhất
và phổ biến nhất của chúng chính là dùng để chế tạo các linh kiện điện tử bán
dẫn. Chúng ta đang sống trong thời đại thông tin. Một lượng lớn thông tin có
thể thu được qua Internet và cũng có thể thu được một cách nhanh chóng qua
những khoảng cách lớn bằng những hệ thống truyền thông vệ tinh. Sự phát
triển của các linh kiện bán dẫn như điốt, tranzito và mạch tích hợp
(ICIntegrated Circuit) đã giúp chúng ta rất nhiều trong việc phát hiện ra công
dụng của chúng. IC có mặt ở hầu hết mọi mặt của đời sống hàng ngày, chẳng
hạn như đầu đọc đĩa CD, máy fax, máy quét tại các siêu thị và điện thoại di
động. Điốt phát quang được dùng trong các bộ hiển thị, đèn báo, màn hình
quảng cáo và các nguồn sáng. Phôtôđiốt là một loại dụng cụ không thể thiếu
5
11. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
trong thông tin quang học và trong các ngành kỹ thuật tự động. Pin nhiệt điện
bán dẫn được ứng dụng để chế tạo các thiết bị làm lạnh gọn nhẹ, hiệu quả cao
dùng trong khoa học, y học, ... Để có được các linh kiện bán dẫn kể trên từ
chất bán dẫn tinh khiết ban đầu (Si hoặc Ge), người ta phải tạo ra hai loại bán
dẫn là bán dẫn loại n (dẫn điện chủ yếu bằng điện tử) và bán dẫn loại p (dẫn
điện chủ yếu bằng nút khuyết) bằng cách pha các nguyên tử tạp chất vào Si
(hay Ge). Sau đó, ghép hai loại bán dẫn đó lại với nhau để được điốt hay
tranzito. Công nghệ pha tạp nói chung rất đa dạng và cũng là một công nghệ
rất cơ bản được sử dụng thường xuyên từ xa xưa. Có nhiều phương pháp pha
nguyên tử tạp chất vào vật liệu bán dẫn như phương pháp nuôi đơn tinh thể,
phương pháp cấy ion, phương pháp khuếch tán,...
Hình 1.4. Một số hình ảnh ứng dụng của vật liệu bán dẫn.
So với các phương pháp khác thì phương pháp khuếch tán có nhiều ưu điểm
như không làm thay đổi cấu trúc tinh thể, có thể pha tạp với chiều sâu tùy ý,
cho phép điều khiển tốt hơn các tính chất của tranzito và đã thu được những
thiết bị có thể hoạt động ở tần số cao. Hơn nữa, quá trình khuếch tán cũng cho
phép nhiều tranzito được chế tạo trên một lớp silic đơn tinh thể mỏng, do đó
có thể hạ giá thành của những thiết bị này. Đó là những lí do chính khiến cho
kĩ thuật khuếch tán các nguyên tử tạp chất vào vật liệu bán dẫn đã và đang
6
12. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
phát triển nhanh chóng nhằm chế tạo các tranzito, các vi mạch điện tử và ngày
nay là các mạch điện có các cấu hình với kích thước nanô, nanô sensor,...
1.3. Các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong bán dẫn
1.3.1. Khái niệm khuếch tán
Theo [2], khuếch tán là một quá trình di chuyển ngẫu nhiên của một hay
một số loại nguyên tử nhất định nào đó trong một môi trường vật chất khác
(gọi là vật chất gốc) dưới tác dụng của các điều kiện đã cho như nhiệt độ, áp
suất, điện- từ trường, …
Nguyên tử pha vào đươc ̣gọi là nguyên tử pha tạp hoặc nguyên tử tạp
chất. Nguyên tử được pha vào bằng khuếch tán thường có nồng độ rất bé, cỡ
10−3
−10−4
% so với nguyên tử gốc. Vì vậy, chúng thường được gọi là tạp
chất. Bên cạnh đó, nồng độ tạp chất pha vào thường rất nhỏ so với nồng độ
nguyên tử gốc, do đó nó không làm thay đổi đặng kể các cấu trúc nhiệt,
quang, … của chất ban đầu. Nếu chính các nguyên tử vật chất của môi trường
gốc khuếch tán trong chính môi trường vật chất đó, người ta gọi đó là sự tự
khuếch tán. Ví dụ như chính nguyên tử Ge khuếch tán trong tinh thể Ge.
1.3.2. Các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong bán dẫn
Cơ chế khuếch tán là cách thức di chuyển của các nguyên tử mạng tinh
thể. Cho đến nay, người ta vẫn chưa rõ về quá trình khuếch tán và sự tương
tác của các nguyên tử với nhau trong quá trình khuếch tán. Tuy nhiên, chắc
chắn rằng khi nguyên tử khuếch tán, chúng sẽ nhảy từ vị trí này sang vị trí
khác trong mạng tinh thể.
7
13. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Các nghiên cứu về khuếch tán trong bán dẫn [2] đã chỉ ra rằng, trong
tinh thể bán dẫn bình thường có 3 cơ chế khuếch tán chủyếu ( HÌnh 1.5 )
Hình 1.5. Các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong tinh thể chất bán dẫn.
Với tinh thể Ge, theo các nghiên cứu trước nay, cơ chế khuếch tán chủ
yếu trong tinh thể Ge là cơ chế nút khuyết (cơ chế vacancy). Các nghiên cứu
này sẽ được chúng tôi trình bày trong chương 2 của khóa luận.
8
14. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong chương này chúng tôi đã trình bày đươc ̣các vấn đề chủ yếu sau:
- Cấu trúc tinh thể của bán dẫn nói chung và tinh thể Ge nói riêng.
- Các ứng dụng quan trọng của vật liệu bán dẫn.
- Các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong tinh thểbán dẫn.
9
15. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
CHƯƠNG 2
MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ KHUẾCH TÁN TRONG TINH THỂ Ge
2.1. Các đaịlương ̣nghiên cứu trong hiêṇ tương ̣khuếch tán
Có thể nói, lí thuyết khuếch tán bắt đầu ra đời sau khi các kết quả của
A. Fick được công bố vào năm 1885 [2]. Fick coi quá trình khuếch tán giống
như quá trình truyền nhiệt trong chất rắn và từ đó ông phát biểu hai định luật
về khuếch tán gọi là định luật Fick I và định luật Fick II như sau:
Định luật Fick I: Mật độ dòng khuếch tán tỷ lệ thuận với građien nồng
độ:
J =−D
C
.
x
(2.1)
Từ (2.1) suy ra thứ nguyên của hệ số khuếch tán D là cm2
/s. Dấu “ – ”
biểu thị sự khuếch tán theo chiều giảm dần của nồng độ.
Định luật Fick II: Tốc độ thay đổi nồng độ chất khuếch tán tỷ lệ thuận
với đạo hàm bậc hai của nồng độ theo tọa độ không gian
C
= −
J
= D
2
C
. (2.2)
t x x 2
Định luật Fick I và định luật Fick II chỉ mô tả quá trình khuếch tán trên
cơ sở hiện tượng luận. Chính vì thế, lí thuyết khuếch tán mô tả bằng hai định
luật Fick là lí thuyết khuếch tán đơn giản. Trong một vài trường hợp đặc biệt
với các điều kiện ban đầu đã cho, có thể giải bài toán để tìm phân bố nồng độ
tạp chất.
Các nghiên cứu cả về mặt lí thuyết và thực nghiệm sau này đã thừa
nhận rộng rãi rằng, sự phụ thuộc nhiệt độ của hệ số khuếch tán được mô tả
bằng định luật Arrhenius như sau [2]:
10
16. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Di = D exp −
0
Q
kBT
, (2.3)
trong đó Q là năng lượng kích hoạt của hệ (nó bao gồm năng lượng hình
thành và dịch chuyển của nguyên tử trong mạng tinh thể), D0 là hệ số trước
hàm mũ phụ thuộc vào tính chất của hệ đã cho, kB là hằng số Boltzmann, T là
nhiệt độ tuyệt đối và Di là hệ số khuếch tán thuần không phụ thuộc vào nồng
độ tap̣chất.
Khi khuếch tán với nồng độ pha tạp cao, hệ số khuếch tán lúc đó sẽ là
D chứ không phải Di. Ở nồng độ tạp cao, giá trị của D0 được giả thiết là
không phụ thuộc vào nồng độ tạp chất. Giả thiết này có thể chấp nhận được vì
D0 tỉ lệ với tích của tần số dao động mạng và bình phương khoảng cách giữa
hai nguyên tử gốc mà những đại lượng này lại biến đổi rất ít. Thực tế, nồng độ
nguyên tử tạp cao làm cho mạng tinh thể bị co lại hoặc dãn ra tùy thuộc vào
bán kính nguyên tử tạp bé hơn hoặc lớn hơn bán kính nguyên tử mang̣ gốc.
Không những thế nó còn gây ra các khuyết tật điểm và khuyết tật đường.
Những thay đổi này làm cho năng lượng liên kết giữa nguyên tử tạp và
nguyên tử gốc bị yếu đi. Sự co dãn mạng cũng có thể làm cho hàng rào thế
năng biến dạng không còn biến đổi tuần hoàn như trong mạng lí tưởng. Trên
cơ sở lí luận như vậy, trong tài liêụ [2] người ta đưa vào khái niệm độ giảm
năng lượng kích hoạt hiệu dụng (ΔQ) bằng hiệu của năng lượng kích hoạt lí
tưởng (khi nồng độ pha tạp thấp) và năng lượng kích hoạt khi nồng độ pha tạp
cao. Khi đó, biểu thức (2.3) được viết lại như sau:
D = Di
Q
exp
kBT
. (2.4)
Trong khóa luâṇ này, chúng tôi chỉ đề cập đến sự khuếch tán bên trong
của tinh thể bán dẫn với nồng độ tạp chất rất nhỏ, cỡ 10-3
÷ 10-4
% so với
11
17. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
nồng độ nguyên tử gốc (tức là nhỏ hơn 1018
nguyên tử tạp/cm3
) . Vì vậy, các
tính chất cấu trúc cũng như các điều kiện cân bằng của hệ có thể được coi như
không thay đổi và hệ số khuếch tán D không phụ thuộc vào nồng độ tạp chất
(xem Hình 2.1). Điều đó có nghĩa là, các quá trình kích hoạt bằng nhiệt độ sẽ
tuân theo định luật Arrhenius được mô tả theo phương trình (2.3).
Hình 2.1. Hệ số khuếch tán của các tạp chất B, P và As
trong Si phụ thuộc vào nồng độ [2].
Dưới đây, chúng tôi giới thiệu môṭ số nghiên cứu lí thuyết và thực
nghiệm về sự tư ̣khuếch tán vàkhuếch tán của các tap̣ chất trong tinh thểbán
dâñ Ge. Vì nó là đối tượng chính của đềtài khóa luâṇ và cũng là đối tượng
được nhiều nhàkhoa học nghiên cứu.
2.2. Các nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm
12
18. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Có nhiều phương pháp lí thuyết khác nhau được sử dụng để xác định
năng lượng kích hoạt Q và hệ số khuếch tán D trong tinh thểbán dâñ nói
chung vàtinh thểGe nói riêng. Trong khoảng 30 năm trở lại đây, các nghiên
cứu lí thuyết về khuếch tán trong bán dẫn thường sử dụng phương pháp ab
initio dựa trên cơ sở Lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory-
DFT). Khi sử dụng Lý thuyết phiếm hàm mật độ dựa trên cơ sở định lý
Hohenber –Kohn, người ta có thể tính được các hằng số lực giữa các nguyên
tử từ Các nguyên lý đầu tiên và từ đó có thể thu được cả tần số và phổ độ dời
chính xác mà không cần các đầu vào thực nghiệm. Các phép gần đúng thường
được sử dụng trong phương pháp ab initio là phương pháp Gần đúng mật độ
địa phương (Local-Density Approximation - LDA), phương pháp Gần đúng
građiên suy rộng (Generalized Gradient Approximation - GGA), phương
pháp Sóng phẳng giả thế (Pseudo-potential plane-wave - PPPW),...Trong quá
trình sử dụng, phương pháp này đã bộc lộ cả những mặt tích cực và những
mặt hạn chế. Các ưu điểm chính của phương pháp này là: có khả năng nghiên
cứu nhiều pha vật liệu khác nhau, có thể được sử dụng để mô hình hóa các vật
liệu không có sẵn số liệu thực nghiệm. Các lực giữa các nguyên tử, các trị
riêng và véc tơ riêng của điện tử tạo ra thường rất chính xác; nhiều loại
nguyên tử khác nhau có thể dễ dàng được bao hàm vào trong các tính toán
nhờ sử dụng các giả thế thích hợp. Tuy nhiên phương pháp này cũng còn một
số hạn chế như: Khả năng tính toán phức tạp đòi hỏi giới hạn áp dụng cho các
hệ tương đối nhỏ; các số liệu của ab initio thường tập trung vào vùng nhiệt độ
thấp (chủ yếu ở 0K).
Trong những năm gần đây, một phương pháp thống kê mới gọi là
phương pháp thống kê mômen đã được áp dụng nghiên cứu thành công đối
với các tính chất nhiệt động và đàn hồi của các tinh thể phi điều hòa có cấu
trúc lập phương tâm diện, lập phương tâm khối, cấu trúc kim cương và cấu
13
19. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
trúc zinc blend (ZnS). Phương pháp này cũng đã được sử dụng một cách có
hiệu quả để nghiên cứu về hiện tượng tự khuếch tán trong các kim loại và hợp
kim có cấu trúc lập phương tâm diện và lập phương tâm khối. Nhiều tác giả
cũng đa ̃áp dung̣phương pháp này đểnghiên cứu sư ̣tư ̣khuếch tán vàkhuếch tán
của các tap̣chất trong tinh thểbán dâñ cócấu trúc kim cương như Si và Ge.
Những nghiên cứu gần đây nhất phải kểđến lànghiên cứu của nhóm tác
giảtrong công trình [3], nghiên cứu ảnh hưởng của nhiêṭđô ̣lên sư ̣tư ̣khuếch tán
trong tinh thểGe bằng phương pháp thống kê mô men. Các tác giảđa ̃ nghiên
cứu sư ̣tư ̣khuếch tán trong tinh thểGe theo cơ chếnút khuyết. Kết quả thu đươc ̣
của nhóm tác giảđươc ̣trình bày trong Bảng 1 cho thấy năng lương̣kích hoaṭ
thay đổi rất it́ theo nhiêṭđô,̣ trong khi hê ̣số khuếch tán laị tăng manḥ theo
nhiêṭđô ̣vàchỉđáng kểở vùng nhiêṭđô ̣cao gần nhiêṭđô ̣nóng chảy của Ge.
14
20. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Bảng 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên các đaị lương̣ tư ̣khuếch tán của
Ge theo cơ chếnut khuyết.
́
T (K) Q (eV) D0 (cm2
/s) D (cm2
/s)
600 3,0800 0,2177 2,8606.10-27
700 3,1110 0,2203 8,6247.10-24
800 3,1419 0,2224 3,5147.10-21
900 3,1728 0,2240 3,7712.10-19
1000 3,2035 0,2254 1,5895.10-17
1100 3,2342 0,2264 3,3956.10-16
1200 3,2648 0,2272 4,3569.10-15
Tiếp tuc ̣áp dung̣phương pháp thống kê mô men, trong [4, 5] các tác
gia đa nghiên cưu sư ̣tư ̣khuếch tan trong tinh thểGe theo cơ chếnut khuyết
̉ ̃ ́ ́ ́
dươi anh hương cua ap suất va đô ̣biến dang̣. Kết qua thu đươc ̣la:
́ ̉ ̉ ̉ ́ ̀ ̉ ̀
1. Khi nhêṭđô ̣không đổi, năng lương̣ kich hoaṭQ tăng theo ap suất
́ ́
(Bang 2), con hê ̣sốkhuếch tan D laịgiam khi ap suất tăng (Bang 3) [4].
̉ ̀ ́ ̉ ́ ̉
15
21. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Bảng 2 . Ảnh hưởng của áp suất p lên năng lượng kích hoạt Q ở nhiệt độ T
trong sự tự khuếch tán Ge.( Đơn vị của Q là eV)
P(GPa)
0 1 2 3 4 5
T(K)
300
2,9867 3,1349 3,2832 3,4314 3,5798 3,7281
400
3,0178 3,1683 3,3189 3,4695 3,6201 3,7706
500
3,0490 3,2016 3,3543 3,5069 3,6596 3,8122
600
3,0800 3,2344 3,3889 3,5434 3,6979 3,8524
700
3,1110 3,2670 3,4230 3,5790 3,7350 3,8911
800
3,1419 3,2992 3,4569 3,6140 3,7714 3,9288
900
3,1728 3,3316 3,4904 3,6492 3,8080 3,9668
1000
3,2035 3,3637 3,5239 3,6841 3,8443 4,0045
1100
3,2342 3,3962 3,5582 3,7202 3,8822 4,0442
1200
3,2648 3,4292 3,5936 3,7580 3,9224 4,0868
16
22. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Bảng 3. Ảnh hưởng của áp suất p lên hệ số khuếch tán D ở nhiệt
độ T trong sự tự khuếch tán của Ge ( Đơn vị của D là cm2
/s)
P(Gpa)
T(K) 0 1 2 3 4 5
300 1,3089. 4,2465. 1,3777. 4,4697. 1,4502 4,7051
10-51 10-54 10-56 10-59 10-61 10-64
400 1,9257. 2,4495 3,1159 3,9636 5,0419 6,4135
10-39 10-41 10-43 10-45 10-47 10-49
500 3,8624. 1,1208 3,2527 9,4394 2,7393 7,9494
10-32 10-33 10-35 10-37 10-38 10-40
600 2,8606. 1,4451 7,3045 3,6911 1,8651. 9,4252.
10-27 10-28 10-30 10-31 10-32 10-34
700 8,6247. 6,5078. 4,9105. 3,7052. 2,7958. 2,1096.
10-24 10-25 10-26 10-27 10-28 10-29
800 3,5147. 3,5908. 3,6686. 3,7481. 3,8293. 3,9123.
10-21 10-22 10-23 10-24 10-25 10-26
900 3,7712. 4,8745. 6,3008. 8,1443. 1,0527. 1,3607.
10-19 10-20 10-21 10-22 10-22 10-23
1000 1,5895. 2,4806. 3,8714. 6,0420. 9,9494. 1,4716.
10-17 10-18 10-19 10-20 10-21 10-21
1100 3,3956. 6,1559. 1,1160. 2,0232. 3,6679. 6,6497.
10-16 10-17 10-17 10-18 10-19 10-20
1200 4,3569. 8,8976. 1,8170. 3,7108. 7,5781. 1,5476.
10-15 10-16 10-16 10-17 10-15 10-18
2. Khi nhiêṭđô ̣không đổi, năng lương̣kich́ hoaṭQ tăng theo biến dang̣
nén vàgiảm theo biến dang̣kéo (Bảng 4), còn hê ̣sốkhuếch tán D giảm theo
biến dang̣nén vàtăng theo biến dang̣kéo (Bảng 5) [5].
17
23. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Bảng 4. Ảnh hưởng của độ biến dạng lên năng lượng kích hoạt Q ở
nhiệt độ T trong sự tự khuếch tán Ge. ( Đơn vị của Q là eV)
(%) Biến dạng nén Biến dạng dãn
T(K) -0,2% -0,4% -0,6% -0,8% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8%
300 2,9880 2,9894 2,9907 2,9921 2,9854 2,9840 2,9827 2,9813
400 3,0195 3,0212 3,0228 3,0245 3,0162 3,0146 3,0129 3,0112
500 3,0509 3,0529 3,0548 3,0567 3,0471 3,0451 3,0432 3,0412
600 3,0822 3,0844 3,0866 3,0887 3,0779 3,0757 3,0735 3,0714
700 3,1134 3,1158 3,1181 3,1205 3,1087 3,1063 3,1039 3,1016
800 3,1445 3,1468 3,1495 3,1520 3,1395 3,1369 3,1344 3,1319
900 3,1755 3,1782 3,1809 3,1835 3,1701 3,1674 3,1648 3,1621
1000 3,2064 3,2093 3,2122 3,2150 3,2007 3,1979 3,1950 3,1922
1100 3,2374 3,2405 3,2436 3,2468 3,2312 3,2280 3,2249 3,2218
1200 3,2684 3,2719 3,2754 3,2789 3,2614 3,2579 3,2543 3,2508
Trong công trình [6], nghiên cứu enthalpy kích hoaṭ của tap̣chất khuếch
tán trong tinh thểGe theo cơ chếnút khuyết bằng Lýthuyết hàm mâṭ
đô ̣(Density Functional Theory – DFT), các tác giảđa ̃xác đinḥ đươc ̣enthalpy
kích hoaṭcủa các tap̣ chất khuếch tán trong Ge lần lươṭ là: Al là2,86 (eV), Ga
là2,94 (eV), In là2,79 (eV), Si là3,17 (eV), Sn là3,26 (eV), P là2,98 (eV), As
là2,64 (eV) vàSb là2,41 (eV).
18
25. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Trong công trình [7] đã nghiên cứu sự tự khuếch tán trong cấu trúc đồng
vị dị hướng của Ge 70
Ge / 74
Ge . Trong nghiên cứu này, các tác giả đã đưa ra
kĩ thuật dùng để nghiên cứu sự tự khuếch tán trong Ge bằng cách sử dụng các
động vị của nó ( 70
Ge / 74
Ge ). Sau khi xen vào các lớp của 70
Ge và
74
Ge ở nhiệt độ trong khoảng từ 543 o
C và 690 o
C , các đại lượng khuếch tán
được đo bằng phổ trắc khối ion thư cấp (Secondary Ion Mass Spectroscopy -
SIMS). Việc phân tích các số liệu thực nghiệm cho phép xác định chính xác
enthalpy và entropy tự khuếch tán. Trong công trình này, các tác giảđa ̃sử
dụng cấu trúc dị hướng đồng vị Ge (đồng vị ổn định), được chế tạo bởi chùm
phân tử enthalpy (Molecular Beam Epitaxy - MBE).Trong cấu trúc đồng vị dị
hướng chung bao gồm các lớp tinh khiết (ví dụ 70
Ge và 74
Ge ) hoặc đồng vị
hỗn hợp của một nguyên tố hóa học. Cho đến gần đây, một số lượng đáng kể
Ge thuần túy được làm giàu hơn về mặt hóa học đã có sẵn, làm cho sự tăng
trưởng của các cấu trúc như vậy có thể có. Hình 2.2 cho thấy sơ đồ của các
mẫu cụ thể được sử dụng trong công nghệ này. Sau khi ủ, các đồng vị tự
khuếch tán với nhau. Các số liệu nồng độ được đo bằng SIMS, sau khi các
phần của cùng một mẫu đã được ủ riêng ở nhiệt độ khác nhau. Điều này cho
phép xác định chính xác enthalpy và entropy tự khuếch tán. Các cấu trúc dị
hướng đồng vị là duy nhất cho các nghiên cứu tự khuếch tán trong một số
khía cạnh sau
20
26. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc đồng vị được sử dụng trong công việc này
(1) Sự liên kết giữa các đồng vị Ge diễn ra tại mẫu đồng vị bên trong tinh thể,
không bị ảnh hưởng bởi các hiệu ứng có thể xảy ra trên bề mặt (ví dụ như quá
trình oxy hóa, vết bẩn và tạp chất) gặp phải trong kỹ thuật thông thường.
(2) Một mẫu Ge bao gồm năm đồng vị được ủ ở một nhiệt độ ổn định, nồng
độ ban đầu của các lớp khác nhau tương ứng của chúng khác nhau. Sau khi ủ,
cấu hình trung tâm của từng đồng vị trong năm đồng vị có thể được tách riêng
để có được thông tin năm giá trị cho mỗi nhiệt độ ủ.
Hình 2.3. Cơ chế nút khuyết trong sự tự khuếch tán: a) Nguyên tử Ge được
đánh dấu (màu đen) di chuyển bằng cách nhảy sang bên phải chính nó. b)
Sau khi nhảy, nó chuyển sang vị trí có khoảng cách gần nhất
Trong các tài liệu về khuếch tán, có hai loại cơ chế khuếch tán chủ yếu
là cơ chế nút khuyết và cơ chế xen kẽ.. Cơ chế nút khuyết, được mô tả trong
Hình 2.3 là kiểu phổ biến nhất của khuếch tán trong Ge. Nó kiểm soát không
21
27. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
chỉ sự tự khuếch tán của Ge mà còn kiểm soát của tất cả các kim loại, và
mang lại những đóng góp chính cho sự tự khuếch tán trong bán dẫn Si ở nhiệt
độ dưới 1000 o
C .
Mẫu duy nhất được sử dụng trong thí nghiệm được tạo ra bởi MBE,
trên bề mặt của chất nền tự nhiên, bề mặt của lớp đệm 23 nm được lắng đọng
(cùng vật liệu như lớp giàu đẳng hướng đầu tiên) với một đoạn nhiệt độ trong
khoảng từ 180-450 o
C . Để tạo ra một bề mặt nhẵn mịn, các lớp giàu đẳng
hướng sau đó được phát triển ở 390 o
C và một mẫu với mỗi lớp dày 100 nm và
một mẫu với mỗi lớp dày 200 nm, các mẫu được chia thành nhiều phần, được
ủ ở 5 nhiệt độ khác nhau (543 o
C, 586 o
C, 605 o
C, 636o
C và 690o
C ).
Đối với các mẫu ủ nhiệt được đặt trong ống cách li để ngăn chặn quá
trình oxy hóa hoặc ô nhiễm. Mặc dù các mẫu được giữ trong chân không (
10−6
Torr) nhưng các mẫu ủ vẫn bị oxy hóa ở bề mặt ở một mức độ nào đó.
Ôxít bay hơi ở nhiệt độ cao, có nghĩa là một phần nhất định của lớp trên cùng
bị mất trong quá trình ủ. Tuy nhiên, vì quá trình tự khuếch tán phân tích trong
công việc này diễn ra bên trong tinh thể ở mặt đẳng hướng, quá trình oxy hóa
bề mặt không được mong đợi làm thay đổi đáng kể sự khuếch tán bên trong
mẫu. Để đảm bảo các chỉ số nhiệt độ chính xác, các ống và cặp nhiệt điện
được giữ trong một thùng chứa than chì bên trong lò sưởi. Bộ điều khiển nhiệt
độ cho phép biến đổi nhiệt độ 1-2 o
C .
Việc ghi lại độ sâu nồng độ của tất cả năm đồng vị Ge ổn định được
thực hiện với SIMS. Các cấu hình điển hình của một mẫu của phần khuếch
tán được ủ của cùng một mẫu (636 o
C trong 19,5 giờ) được thể hiện trong
Hình 2.4.
22
28. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Hình 2.4. Thử nghiệm độ sâu của một phần nguyên tử 70
Ge và 74
Ge .
Sự khuếch tán trong các tinh thể xảy ra khi các nguyên tử nhảy giữa các
vị trí khác nhau trong mạng tinh thể. Về nguyên tắc, có nhiều khả năng cho
những bước nhảy như vậy (các vị trí thay thế hoặc xen kẽ, vị trí nút khuyết,
...). Trong tinh thể Ge, người ta thấy rằng quá trình duy nhất có ý nghĩa cho
việc di chuyển các nguyên tử Ge là thông qua cơ chế nút khuyết. Trong
trường hợp này hệ số tự khuếch tán DSD có thể được viết dưới dạng biểu thức
Arrhenius
DSD
trong đó G
2
exp
− GSD
= gfa o
kT
SD là nặng lượng tự
= D exp −HSD
o
kT
do Gibbs của sự tự khuếch tán,
(2.5)
G
SD
= H
SD
− TS
SD
với HSD là enthalpy tự khuếch tán, SSD
số trước hàm mũ
là entropy tự khuếch tán và D 0
(2.6)
là hệ
2 S
D 0 = gfa o exp SD
(2.7)
k
23
29. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
trong đó f là hệ số tương quan (f = 1 / 2 cho cơ chế nút khuyết trong mạng
kim cương), o là tần số cố định, g là hệ số cấu trúc (g = 1/8 cho cơ chế nút
khuyết trong Ge) và a là hằng số mạng; k là hằng số Boltzmann. Enthalpy HSD
và entropy SSD phụ thuộc vào sự hình thành ( kí hiệu là F) cũng như sự di
chuyển ( kí hiệu là M) của cơ chế nút khuyết
H
SD
= H F
+ H M
,SSD
=SF
+ SM
(2.8)
SD SD SD SD
Các số liệu cho thấy hệ số tự khuếch tán DSD là một hàm của nhiệt độ ủ
T. Kết hợp thực nghiệm với lí thuyết thấy được DSD là thông số phù hợp duy
nhất. Phương trình (2.5) sau đó cho phép chúng ta xác định enthalpy HSD và
entropySSD tự khuếch tán được suy ra bằng phương trình (2.7).
Giải phương trình khuếch tán của Fick một cách cụ thể (Hình 2.1), chúng ta
thu được nồng độ ci nguyên tử của một đồng vị Ge
c − c h / 2 + x c − c h / 2 − x
0,I 0,II 0,II 0,III
ci (x) = i i
erf + c0,I
+ i i
erf
2 2 DSD
i
2 2 DSD t
t
(2.9)
trong đó h là độ dày lớp mẫu vật (khoảng 100 hoặc 200 nm ), và
là các nồng độ ban đầu của đồng vị i trong lớp Ge được làm giàu
được làm giàu ở bề mặt tương ứng.
+ ci
0,III
c0,I
, c0,II
, c0,III
i i i
và lớp 74
Ge
24
30. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Hình 2.5 cho thấy các đặc tính của tất cả năm đồng vị ở điều kiện được ủ (586
o
C trong 55,55 h), phù hợp với phương trình (2.9). Để rõ ràng chỉ phù
hợp với cấu hình 70
Ge .
Hình 2.5. Thí nghiệm độ sâu của một phần nguyên tử 70
Ge , 72
Ge , 73
Ge ,
76
Ge và 74
Ge của phần mẫu vật đc ủ tự khuếch tán( ủ ở 586 o
C trong
55,55 h).
Các giá trị cho hệ số tự khuếch tán DSD được ủ ở 543
o
C, 586
o
C ,
605o
C 636o
C và 690 o
C được trình bày theo quy luật Arhenius trong Hình
2.6. Các đường trong Hình 2.6 biểu thị cả kết quả của các bài viết trước đó.
25
31. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Hình 2.6. Quy luật Arrhenius của hệ số tự khuếch tán là hàm của nhiệt độ.
Từ Hình 2.6 cho thấy các kết quả thu được từ thí nghiệm này là phù
hợp với các giá trị đã tìm ra trước đây. Các kết quả này có thể được tóm tắt
như sau:
(1) Enthalpy HSD tự khuếch tán là 3.0 eV. Kết quả này phù hợp với các giá trị
được công bố trước đây là 2,95 - 3,14 eV.
(2) Hệ số trước hàm mũ Do là
trị được công bố trước đây là
1,2.10
−3 2−1
. Kết quả này phù hợp với các giá
m s
0,78 − 4, 4.10 −3
m 2
s−1
.
(3) Chuyển đổi entropy SSD thông qua phương trình (2.7) các tác giả thu được
12
s
−1
và a = 0,565 nm). Entropy tự khuếch tán cho Ge
SSD 9k (với o = 8.10
là lớn hơn cho kim loại (2k - 4k).
Trong công trinh [8] nghiên cưu sự tự khuếch tán của các đồng vị của
̀ ́
Ge ở nhiệt độ thấp, các tác giảđa ̃dùng phép đo phản xa ̣neutron (Neutron
Reflectometry - NR) đểnghiên cứu sư ̣tư ̣khuếch tán trong nhiều lớp tinh thể
Ge ở nhiêṭđô ̣từ 429°C đến 596°C. Bằng phương pháp này, từ các dữliêụ
26
32. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
thưc ̣nghiêṃ. Ở nhiệt độ cao, độ khuếch tán phù hợp với các sốliêụ thu được
bằng kỹ thuật tán xạ phân tử.
Tóm lại, các tác giả đã đo được sự tự khuếch tán trong nhiều lớp đa
tinh thể Ge kết tinh ở nhiệt độ từ 429°C đến 596°C bằng cách sử dụng
phương pháp phan xa ̣neutron. Bằng phương pháp này, từ các số liệu thực
̉
nghiệm về tự khuếch tán Ge biết được hệ số khuếch tán D 1.10 −25
m 2
s−1
. Hệ
số khuếch tán thấp như vậy dẫn đến độ dài tán xạ dưới 1 nm cho thời gian
khuếch tán thực tế khó có thể tiến hành bằng kỹ thuật tán xạ chùm ion. Các
dữ liệu tự phân tán Ge được đưa ra trong tài liệu và trong nghiên cứu này
được mô tả chính xác với một enthalpy kích hoạt đơn lẻ Q = 3,13 eV và hê ̣số
trươc ham mu D = 2,54.10−3 m 2s−1 cho nhiệt độ từ 429 đến 904°C. Nghiên
0
́ ̀ ̃
cưu nay cung chi ra rằng các nút khuyết đong vai tro chu đaọ trong sư ̣tư ̣
́ ̀ ̃ ̉ ́ ̀ ̉
khuếch tan cua Ge .
́ ̉
Trong công trinh [9] nghiên cưu về anh hưởng của áp suất lên sự
̀ ́ ̉
khuếch tán của Asen trong Ge. Cac tac gia đa sư dung̣ phep đo phổtrắc khối
́ ́ ̉ ̃ ̉ ́
ion thứ cấp (Secondary Ion Mass Spectroscopy - SIMS), mẫu đươc ̣ủtrong
môi trương co ap suất va nhiêṭđô ̣tương ưng la 5GPa và 750 o C . Kết qua thu
̀ ́ ́ ̀ ́ ̀ ̉
đươc ̣từthưc ̣nghiêṃ đươc ̣mô tảnhư Hình 2.7
27
33. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
Hình 2.7. Sự khuếch tán của As trong Ge với áp suất trong 30 phút ủ ở
575o
C
Từ hình ve ̃cho thấy hê ̣sốkhuếch tán giảm khi áp suất tăng. Kết quả
cũng chỉra rằng cơ chếnút khuyết cũng làcơ chếchủđaọ trong sư ̣khuếch tán
của As vào Ge.
Trong công trình [10], nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất thủy tĩnh,
nhiệt độ và chất thêm vào lên sự tự khuếch tán trong Ge. Các tác giảđa ̃sử
dung̣ ki thuâṭphun xa ̣chum tia io (Ion Beam Sputtering - IBS) đểxac đinḥ hệ
̃ ́ ̀ ́
số khuếch tán cua đồng vi ̣ 71Ge trong đơn tinh thể Ge dươi anh hương của
̉ ́ ̉ ̉
áp suất, nhiệt độ và chất thêm vao. Kết qua thu đươc ̣thểtich kich hoaṭtrong
̀ ̉ ́́
Ge tăng theo nhiêṭđô ̣từ 0,24 ở 876K đến 0,41 ở 1086K ( là thể tích
nguyên tử). Các phép đo độ phụ thuộc vào chất thêm vào được đo ở 973K cho
thấy độ khuếch tán tăng với xúc tác n và giảm với xúc tác p. Điều này ủng hộ
28
34. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
quan điểm cho rằng sự tự khuếch tán trong Ge đi theo cơ chế nút khuyết và
hoạt động của cơ chế nút khuyết đã được thừa nhận. Các phép đo phụ thuộc
vào áp suất của độ khuếch tán trong các vật liệu pha tạp được thực hiện ở
973K, cho thấy thểtích kích hoạt lớn hơn khi thêm chất thêm vào p so với
chất thêm vào n. Tư đo cac tac gia suy ra thểtich kich hoaṭcho cac khuyết tâṭ
̀ ́ ́ ́ ̉ ́ ́ ́
dương la 0,56 và 0,28 cho cac khuyết tâṭâm.
̀ ́
29
35. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Các đaịlương̣đươc ̣nghiên cứu trong hiêṇ tương̣khuếch tán như năng
lương̣kích hoaṭQ, hê ̣sốkhuếch tán D.
Trình bày môṭsốkết quả nghiên cứu líthuyết vềsư ̣tư ̣khuếch tán và
khuếch tán của các tap̣ chất trong tinh thểGe dưới ảnh hưởng của nhiêṭđộ, áp
suất và chất thêm vào
Trình bày môṭsốkết quảnghiên cứu thưc ̣ nghiêṃ vềsư ̣tư ̣khuếch tán
vàkhuếch tán của các tap̣ chất trong tinh thểGe dưới ảnh hưởng của nhiêṭđộ,
áp suất và chất thêm vào
30
36. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
31
37. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
́
KÊT LUÂṆ CHUNG
Sau khi tìm hiểu về một số nghiên cứu về sự khuếch tán và tự khuếch
tán của các tạp chất trong tinh thể Ge thì khóa luận đã tổng hợp được sơ lược
về chất bán dẫn và cơ chế khuếch tán chủ yếu trong sự tự khuếch tán và
khuếch tán của các tạp chất trong tinh thể Ge là cơ chế nút khuyết. Cụ thể:
1. Cấu trúc tinh thể của bán dẫn nói chung và tinh thể Ge nói riêng. Bên cạnh
đó là các ứng dụng quan trọng của vật liệu bán dẫn và các cơ chế khuếch tán
chủ yếu trong tinh thểbán dẫn.
2. Các đaị lương̣đươc ̣nghiên cứu trong hiêṇ tương̣khuếch tán như năng
lương̣ kích hoaṭQ, hê ̣sốkhuếch tán D. Trình bày môṭsốkết quả nghiên cứu
líthuyết và thực nghiệm vềsư ̣tư ̣khuếch tán vàkhuếch tán của các tap̣ chất
trong tinh thểGe dưới ảnh hưởng của nhiêṭđộ, áp suất và chất thêm vào.
32
38. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
TÀI LIÊỤ THAM KHẢO
1. Phùng Hồ và Phan Quốc Phô (2001), Giáo trình Vật lý bán dẫn, Nhà
xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
2. Phan Thị Thanh Hồng (2013), Nghiên cứu sự tự khuếch tán và khuếch
tán của tạp chất trong bán dẫn bằng phương pháp thống kê mômen,
Luận án Tiến sĩ Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Hà Nội.
3. Phan Thi ̣Thanh Hồng, Phaṃ Thi ̣Minh Hanh,̣ Đào Thi ̣Quỳnh (2017),
Ảnh hưởng của nhiêṭđô ̣lên sư ̣tư ̣khuếch tán trong tinh thểGe, Tap̣chí
Khoa hoc,̣ Trường Đaịhoc ̣Sư phaṃ HàNôị2, Số47, Trang 3 – 12.
4. VũThi ̣Lan Phương (2017), Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lên sư ̣
tư ̣khuếch tán trong Ge bằng phương pháp thống kê mô men, Luâṇ văn
Thac ̣sy ̃Vâṭlý, Trường Đaịhoc ̣Sư phaṃ HàNôị2.
5. Bùi Thi ̣Thu Hương (2017), Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dang̣ lên
sư ̣tư ̣khuếch tán trong Ge bằng phương pháp thống kê mô men, Luâṇ
văn Thac ̣sy ̃Vâṭlý, Trường Đaịhoc ̣Sư phaṃ HàNôị2.
6. Chroneos A., Bracht H., Grimes R. W., and Uberuaga B. P. (2008),
"Vacancy-mediated dopant diffusion activation enthalpies for
germanium", Applied Physics Letters92(17), p172103.
7. Fuchs H. D., Walukiewicz W., Haller E. E., Donl W., Schorer R.,
Abstreiter G., Rudnev A. I., Tikhomirov A. V., and Ozhogin V. I.
(1995), “Germanium 70Ge/ 74Ge isotope heterostructures: An approach
to self-diffusion studies”, Phys. Rev. B51(23),p.16817.
8. Hüger E., Tietze U., Lott D., Bracht H., Bougeard D., Haller E. E., and
Schmidt H. (2008), “Self-diffusion in germanium isotope multilayers at
low temperatures”, Applied Physics Letters93, p.162104.
39. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
33
40. DỊCH VỤ VIẾT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ZALO/TELEGRAM 0917 193 864
VIETKHOALUAN.COM
9. Mitha S., Theiss S. D., Aziz M. J., Schiferl D. and Poker D. B. (1994),
“ Effect of pressure on arsenic diffusion in germanium”, Mat. Res. Soc.
Symp. Proc., 325.
10. M.Werner M., Mehrer H., and Hochheimer H. D. (1985), "Effect of
hydrostatic pressure, temperature, and doping on Self-Diffusion in
germanium", Phys. Rev. B32(6), pp.3930-3937.
34
