Nghiên cứu tương tác giữa graphene và đế bán dẫn bằng lý thuyết phiếm hàm mật độ - NCS. Vũ Hoàng Nam

Tên đề tài luận án: Nghiên cứu tương tác giữa graphene và đế bán dẫn bằng lý thuyết phiếm hàm mật độ
Ngành: Khoa học vật liệu
Mã số ngành: 62 44 01 22
Họ tên nghiên cứu sinh: Vũ Hoàng Nam
Khóa đào tạo: 2014
Người hướng dẫn chính: PGS.TS Cao Minh Thì. Người hướng dẫn phụ: TS Lê Minh Hưng
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG.HCM
1. Tóm tắt nội dung luận án
Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án là vật liệu graphene với hai mục đích nghiên cứu chính: (i) xác định cách thức mở vùng cấm năng lượng cho siêu mạng graphene thông qua bẻ gãy đối xứng chiral của nó bởi một thế ngoài sắc nhọn cảm ứng từ đế bán dẫn silicon carbide; (ii) xác định cơ chế truyền điện tích và hành vi của hàng rào Schottky của tiếp giáp van der Waals giữa graphene và đế bán dẫn silicon khi có sự kết hợp giữa thế truyền điện tích và sự dịch mức Fermi graphene. Hai mục đích này được thực hiện bằng việc sử dụng các phương pháp tính toán lượng tử dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ.
2. Những kết quả mới của luận án
Đối với mục đích thứ nhất, các kết quả chính và kết luận: Cho siêu mạng graphene có tâm của vùng Brillouin siêu mạng gấp vào góc của vùng Brillouin nguyên tố, siêu mạng có góc quay 0 < φ < 30° tăng cường cả sự tán xạ ngược ngoại hố Dirac và tán xạ ngược nội hố Dirac, qua đó khởi tạo sự trộn lẫn các hố không tương đương tại điểm Dirac sơ cấp dẫn đến sự bẻ gãy đối xứng chiral mạnh và mở vùng cấm năng lượng lớn tại đó. Hơn nữa, nếu áp đặt một thế ngoài sắc nhọn phân bố không đồng nhất lên siêu mạng này, sự trồi lên và trộn lẫn các hố không tương đương tại điểm Dirac sơ cấp sẽ được tăng cường hơn, nhờ vậy vùng cấm năng lượng được mở rộng hơn nữa.  
Đối với mục đích thứ hai, các kết quả chính và kết luận: Không có sự truyền điện tích giữa graphene và trạng thái bề mặt định xứ của đế bán dẫn silicon do sự ghìm mức Fermi tại trạng thái bề mặt đế và sự ngăn cản từ điện trường của lực đẩy trao đổi Pauli của tiếp giáp van der Waals. Sự truyền điện tích giữa graphene và đế có thể xảy ra khi không có sự tham gia của trạng thái bề mặt định xứ hoặc có sự tham gia của trạng thái bề mặt tính kim loại của đế. Sự truyền điện tích sẽ gây ra sự dịch mức Fermi graphene và một thế truyền điện tích kèm theo nhưng không gây ra sự kém nhạy của độ cao hàng rào Schottky như quan niệm từ mô hình tiếp giáp truyền thống, mà ngược lại nó có thể đánh thủng giới hạn Schottky-Mott của hàng rào tiếp giáp.
3. Các ứng dụng/ khả năng ứng dụng trong thực tiễn hay những vấn đề còn bỏ ngỏ cần tiếp tục nghiên cứu
Các kết quả nghiên cứu của luận án sẽ giúp thúc đẩy hơn nữa việc tích hợp vật liệu graphene cũng như các tính chất điện tử độc đáo của nó vào các vật liệu bán dẫn được đi kèm với công nghệ bán dẫn hiện tại.