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Cálculos de primeiros princípios em nanofios semicondutores
Use este link compartilhar ou citar este material: http://educapes.capes.gov.br/handle/capes/757738
Registro completo de metadados
| Metadados | Descrição | Idioma |
|---|---|---|
| Autor(es): dc.contributor | Venezuela, Pedro Paulo de Mello | - |
| Autor(es): dc.contributor | CPF:61890705422 | - |
| Autor(es): dc.contributor | http://lattes.cnpq.br/8358755068997419 | - |
| Autor(es): dc.creator | Moreira, Marcos Dionizio | - |
| Data de aceite: dc.date.accessioned | 2024-07-11T17:47:59Z | - |
| Data de disponibilização: dc.date.available | 2024-07-11T17:47:59Z | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2021-03-10 | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2011-04-01 | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2021-03-10 | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2009-04-17 | - |
| Fonte completa do material: dc.identifier | https://app.uff.br/riuff/handle/1/19108 | - |
| Fonte: dc.identifier.uri | http://educapes.capes.gov.br/handle/capes/757738 | - |
| Descrição: dc.description | In this work we study the electronic and structural properties of semiconductor nanowires InP and InAs and heterostructured nanowires InP/InAs. We also investigate the oxydation of the InP nanowires surface by means of hidroxyl radicals. All wires studied here were simulated in both experimentally found structures (Zinc-Blend and Wurtzite). We used first principles calculations based on the density functional theory. The GGA exchange-correlation potential was used. Electron-ions interactions are described by Troullier-Martins norm-conserving pseudopotentials. Total energies are obtained by self-consistently solving the Kohn-Sham (KS) equations and the KS orbitals are expanded using linear combinations of pseudo-atomic orbitals. To understand how the nanowires properties change with diameter, we studied five different diameters. In the structural analysis of these wires we estimate that there is a 7 Å wide region near the surface where relaxations are significant. We also propose analytical expressions to fit the variation of the wires gap with diameter relative to the bulk obtained in our work and also experimentally. For very small diameters some wires present indirect gaps. In the study of the oxydation of InP wires, we show that when all dangling-bonds are saturated by OH radicals the energy gaps diminish by means of the introduction of localized states near the top of the valence band and the bottom of the conduction band. We show that the energetically favorable saturation by OH radicals consist of bonding all surface P atoms with H atoms and all surface In atoms with OH radicals. In this case, the energy gap is larger and cleaner (with respect to localized states) than the fully OH radical saturated one. For the longitudinal heterostructures, we show that the interfaces formation energies for the InP/InAs case increase for increasing wire diameters. The swap between a P atom and a As atom in the interface is energetically favorable for the ZB wire indicating a alloyed interface. On the other hand, the same swap for the WZ structure is not energetically favorable indicating an abrupt interface. Interestingly, the introduction of a stacking fault defect in the WZ interface is energetically favorable. As far as the electronic properties are concerned, we show that in the boundaries of the bands several atomic orbitals mix, thus the energy gaps of the heterostructures depend on the number of layers of InP and InAs. | - |
| Descrição: dc.description | Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico | - |
| Descrição: dc.description | Neste trabalho, estudamos as propriedades estruturais e eletrônicas de nanofios semicondutores de InP e InAs, e de nanofios heteroestruturados InP=InAs. Também fizemos uma análise da oxidação da superfície de nanofios de InP com radicais hidroxilas. Todos os fios estudados foram simulados tanto na estrutura Zinc-Blend, como na estrutura Wurtzita, que são possíveis formas estruturais encontradas experimentalmente. Utilizamos cálculos computacionais de primeiros princípios. O cálculo de energia total foi realizado utilizando a metodologia da Teoria do Funcional da Densidade (DFT), o potencial de troca e correlação utilizado foi o GGA. As interações elétrons íons são descritas por pseudopotenciais de norma conservada de Troullier Martins. A energia total é obtida por cálculos auto consistentes resolvendo a equação de Kohn Sham. Os orbitais de KS são expandidos usando combinação linear de pseudo orbitais atômicos. No sentido de entender como as propriedades estruturais e eletrônicas dos nanofios variam com o aumento do diâmetro, estudamos 5 diâmetros diferentes. Na análise estrutural deste nanofios estimamos que a superfície produz uma relaxação estrutural que afeta cerca de 7 Å de espessura no nanofio com estrutura ZB. Indicamos expressões analíticas que conseguem fitar adequadamente resultados teóricos e resultados experimentais da variação do gap do nanofio em relação ao gap do material bulk. Mostramos que para pequenos diâmetros estas estruturas possuem gap indireto. No estudo da saturação de nanofios InP utilizando radicais hidroxila mostramos que a saturação de todas as ligações pendentes da superfície do fio com radicias OH produz uma diminuição significativa do gap, introduzindo diversos estados localizados próximos ao topo da banda de valência e ao fundo da banda de condução. Propomos uma saturação ligando os radicias OH aos átomos de In superficiais, enquanto os átomos de P superficiais são saturados com átomos de H. Este tipo de saturação tem energia de formação menor que a saturação completa com radicais OH ou com átomos de H, com a vantagem adicional de ter um gap muito mais largo, próximo ao fio com saturação com átomos de H. As estruturas WZ mostraram ser mais sensíveis à oxidação com a variação do diâmetro. Nas heteroestruturas longitudinais, mostramos que com a junção dos materiais InP e InAs as energias de formação das interfaces aumentam com o diâmetro da heteroestrutura. A troca de um átomo de P por um átomo de As na interface mostra-se energeticamente favorável para a estrutura ZB, indicando a formação de uma interface mista com a junção deste materiais; enquanto que para a estrutura WZ esta troca de átomos não é energeticamente favorável, logo tendo uma interface abrupta com maior possibilidade de formação. Nas estruturas WZ um defeito tipo "stacking fault" na interface InP=InAs diminui a energia total do sistema. As camadas próximas a interface sofrem relaxações, sendo que a distância planar da camada de InAs próxima a interface é esticada em relaçao ao valor do "bulk" InAs, enquanto a camada de InP e comprimida em relação ao "bulk" InP. Na análise das propriedades eletrônicas, mostramos que nos limites das bandas há uma mistura das contribuições dos orbitais de todos os tipos atômicos, por isso os gaps das heteroestruturas dependem das quantidades de camadas empilhadas de InP e InAs. | - |
| Formato: dc.format | application/pdf | - |
| Idioma: dc.language | pt_BR | - |
| Publicador: dc.publisher | Programa de Pós-graduação em Física | - |
| Publicador: dc.publisher | Física | - |
| Direitos: dc.rights | Acesso Aberto | - |
| Direitos: dc.rights | CC-BY-SA | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Oxidação de superfície | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Nanofios semicondutores | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Hetero-estruturas | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Estrutura zinc-blend | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Estrutura wurtzita | - |
| Palavras-chave: dc.subject | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA | - |
| Título: dc.title | Cálculos de primeiros princípios em nanofios semicondutores | - |
| Tipo de arquivo: dc.type | Tese | - |
| Aparece nas coleções: | Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense - RiUFF | |
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