Estudos teóricos sobre discordâncias cristalinas em silício

• Autor(a) principal: Moises Augusto da Silva Monteiro de Araujo
• Data de Publicação: 2006
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/IACO-6W7RZ6
• topic: Silício; Semicondutores; Discordância cristalinas; Estrutura eletrônica; Silício; Discordâncias cristalinas; Semicondutores; Física; Estrutura eletrônica

Neste trabalho investigamos propriedades eletrônicas e estruturais das discordâncias cristalinas que são importantes para o entendimento: (i) dos mecanismos associados à sua mobilidade pela matriz cristalina; (ii) do papel que elas exercem nos processos de espalhamento e recombinação de portadores de cargas em semicondutores. Ambas análises foram feitas em silício. Na abordagem do primeiro ponto, consideramos como o efeito de carga elétrica nas discordâncias cristalinas parciais a 30° e 90° influencia na estabilidade relativa entre os modelos propostos para a estrutura de seus caroços. De uma forma geral, observamos que estruturas de caroço não se estabilizam em estados de carga positivos. Além disso, nos estados de carga negativos, a estabilidade relativa da reconstrução é diminuída na parcial a 30°, enquanto que na parcial a 90° identificamos uma possível transição entre as geometrias reconstruídas e a não reconstruída. Desta forma, pudemos estabelecer algumas evidências que estão de acordo com observações experimentais de que as discordâncias cristalinas em silício são mais móveis em cristais sob o regime de dopagem tipo-n. Em relação ao segundo ponto, analisamos a interação entre discordâncias cristalinas e vacâncias dos pontos de vista energético e eletrônico. Conseguimos estabelecer uma primeira visão de como é o processo de difusão das vacâncias neutras em regiões próximas aos caroços das discordâncias parciais a 90°: vacâncias são mais estáveis nos sítios centrais do caroço, e devem encontrar barreiras maiores de migração em direção ao caroço através do plano de deslizamento. Ao considerar sistemas carregados, verificamos como é o comportamento do acoplamento vacância-discordância para os cinco estados de carga possíveis para o defeito pontual. Estudamos ainda como as discordâncias influenciam na estabilização das vacâncias, considerando as variações apresentadas em seus níveis de ionização U-negativos. Em geral, nos sítios mais favoráveis à formação de vacâncias no caroço, a região de estabilidade do estado de carga neutro é alargada em relação a uma vacância em bulk, porém, os níveis de ionização U-negativos são mantidos. Utilizamos, em nossos cálculos, metodologias de primeiros princípios e semi-empíricas. Do primeiro grupo, utilizamos a teoria do funcional da densidade, dentro da aproximação do gradiente generalizado para o funcional de troca e correlação, aliada a um tratamento por pseudopotenciais para os elétrons do caroço atômico, e a uma expansão numa base de ondas planas para os estados de valência do sistema. Do segundo grupo, trabalhamos com um tratamento tight-binding para a matriz densidade do sistema que escala, em tempo computacional, linearmente com o número de elétrons.