Page 97 - Kỷ yếu hội thảo quốc tế: Ứng dụng công nghệ mới trong công trình xanh - lần thứ 9 (ATiGB 2024)

88 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

phép tích hợp mạch trong các hệ thống điện tử tiên dẫn ngắn khi kích thước linh kiện bị thu nhỏ sẽ tác
tiến. Các vật liệu này cũng có tỷ lệ bề mặt trên thể động ảnh hưởng đến đặc tính dẫn điện của BP FET.
tích lớn giúp chúng phù hợp cho các ứng dụng cảm Chính vì vậy, việc nghiên cứu tác động của các yếu tố
biến [3]. Hơn nữa, các đặc tính và hiện tượng lượng này đến hiệu suất hoạt động của BP cấu trúc lớp FET
tử đặc biệt của chúng có tiềm năng đáng kể cho là hướng nghiên cứu đáng được quan tâm. Đặc biệt,
những phát minh mới trong việc chế tạo các linh kiện xác định được hiệu suất tối đa mà transistor hiệu ứng
lượng tử [4]. Với những đặc tính nổi trội như vậy, vật trường cấu trúc lớp BF dưới tác động của các yếu tố
liệu bán dẫn cấu trúc hai chiều chiều đóng vai trò trên là rất cần thiết nhằm hỗ trợ tối ưu thiết kế, chế
quan trọng trong khoa học, kỹ thuật và ứng dụng tạo để tăng hiệu suất hoạt động của linh kiện.
trong các thiết bị như màn hình điện tử, thiết bị đeo Trong nghiên cứu này, mô hình transistor nano
tay, Internet vạn vật,… [5-6]. Trong đó, transistor kiểu đạn đạo bỏ qua các sự tán xạ hạt dẫn được sử
hiệu ứng trường (FET) hiệu suất cao là một trong dụng để mô phỏng, tính toán hiệu suất hoạt động của
những lĩnh vực mà vật liệu bán dẫn 2D có thể được sử transistor hiệu ứng trường đơn lớp BP. Kết quả phân
dụng [7-8]. tích đặc tính dòng - áp cho thấy linh kiện BP đơn lớp
Trong số các chất bán dẫn cấu trúc lớp 2D, black FET có mật độ dòng electron đạt 1540 μA/μm, hệ số
5
phosphorus (BF) với các đặc tính bán dẫn đặc trưng mở/đóng khoảng 1,5×10 và vận tốc hạt dẫn là
như dải cấm trực tiếp, độ linh động hạt dẫn cao và bản 8,4 ×10 m/s. Các thông số hoạt động của linh kiện
4
chất dẫn điện cả loại n và loại p được quan tâm đều đạt giá trị rất cao với mức điện áp đặt thấp chỉ
nghiên cứu với nhiều công trình được công bố trên 0,5 V. Ảnh hưởng của vật liệu điện môi, nhiệt độ đến
các tạp chí khoa học uy tín. Độ dày của đơn lớp BP hoạt động của BP đơn lớp FET cũng được phân tích
được xác định là khoảng 5 Å. Tuy nhiên, trong mạng và thảo luận.
tinh thể BP, mỗi nguyên tử P liên kết cộng hóa trị với 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
ba nguyên tử P liền kề để tạo thành hai hướng không
bằng nhau, BP thường được coi là bao gồm hai lớp Hình 1 trình bày cấu trúc của transitor hiệu ứng
nguyên tử. Do đó, tính dị hướng có thể được quan sát trường đơn lớp BP, gồm kênh dẫn BP nối với hai đầu
rõ ràng trong tinh thể BP, mang lại nhiều khả năng cực nguồn S và cực máng D và điện cực cổng G được
hơn cho việc thiết kế và chế tạo các linh kiện mới. cách ly với kênh dẫn bằng lớp vật liệu điện môi có độ
Với những tính chất đặc biệt này, BF có nhiều tiềm dày tox. Cấu trúc có điện cực cổng bao quanh kênh
năng ứng dụng trong điện tử và quang điện tử [9-10]. dẫn sẽ giúp gia tăng tính liên kết giữa cực cổng và
Một trong những ứng dụng quan trọng đó là BP cấu kênh, giúp cho FET hoạt động với hiệu suất cao hơn
trúc lớp có tiềm năng sử dụng trong chế tạo transistor so với FET có cấu trúc cổng thông thường.
hiệu ứng trường vì có độ linh động hạt dẫn trong
2
4
2
khoảng từ 10 đến 10 cm /Vs, cao hơn hầu hết các
vật liệu bán dẫn có cấu trúc 2D khác thuộc nhóm vật
liệu TMD (MoS2, WSe2,...). Các kết quả nghiên cứu
cho thấy, FET sử dụng vật liệu BP cấu trúc lớp thể
hiện những đặc tính hoạt động nổi bật như mật độ Hình 1. Cấu trúc FET đơn lớp BP
dòng điện đạt đạt 920 μA/μm, vận tốc hạt dẫn 1,0 × Trong nghiên cứu này, bộ công cụ 2DFET [15] do
10 cm/s và hệ số mở/đóng khoảng 1,0 × 10 ở nhiệt nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Florida xây dựng và
4
7
độ phòng [11]. Nhờ cải thiện tiếp xúc bề mặt và định phát triển được sử dụng để mô phỏng, phân tích hiệu
hướng chiều hạt dẫn di chuyển, bằng cách thiết kế suất của BP đơn lớp FET. Quá trình mô phỏng được
kênh dẫn dọc theo hướng ghế bành, FET có thể đạt thực hiện trực tuyến trên trang điện tử Nanohub.org
được mật độ dòng điều khiển lên đến 1200 μA/μm, được vận hành bởi Mạng lưới công nghệ nano tính
vận tốc hạt dẫn đạt 1,5 × 10 cm/s ở nhiệt độ phòng toán do Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa kỳ tại trợ. Đây
7
[12]. Những kết quả nghiên cứu đã công bố cho thấy là trang điện tử uy tín với nhiều bộ công cụ mô phỏng
rằng rằng BP cấu trúc lớp có thể được ứng dụng trong khác nhau trong nghiên cứu đến lĩnh vực nano nói
các linh kiện hiệu suất cao với mật độ dòng điện lớn chung và điện tử nano nói riêng. 2DFET là chương
và độ linh động hạt dẫn cao. Mặc dù những đặc điểm trình sử dụng ngôn ngữ lập trình Python để mô phỏng
nổi bật cho các ứng dụng trong linh kiện điện tử, các đặc tính I-V của FET với kênh dẫn là vật liệu lớp 2D.
kết quả nghiên cứu cũng cho thấy hiệu suất hoạt động Trong nghiên cứu này, mô hình transistor nano kiểu
của BP FET chịu tác động bởi các yếu tố như độ dày đạn đạo có cấu trúc 2D được sử dụng để mô phỏng và
của các lớp BP, hướng kênh dẫn, điện trở tiếp xúc phân tích đặc tính hoạt động của BP đơn lớp FET. Mô
giữa kim loại và kênh dẫn BP, các yếu tố môi trường hình này bỏ qua tác động của các tán xạ hạn dẫn trong
đã hạn chế khả năng tích hợp của BP vào các thiết bị kênh cho phép xác định được ngưỡng hoạt động tối
điện tử [12-14]. Các yếu tố này cộng thêm tác động đa của linh kiện FET để từ đó có thể đưa ra các kết
bởi dòng rò dòng rỉ qua lớp điện môi, hiệu ứng kênh
ISBN: 978-604-80-9779-0