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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/26769
Tipo do documento: | Dissertação |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States |
Título: | Auto-Interstício em ligas SiGe |
Título(s) alternativo(s): | Self Interstice in SiGe Alloys |
Autor(es): | Moreira, Marcos Dionizio |
Primeiro orientador: | Miwa, Roberto Hiroki |
Primeiro membro da banca: | Venezuela, Pedro Paulo de Mello |
Segundo membro da banca: | Dantas, Noelio Oliveira |
Resumo: | Os recentes progressos na nanotecnologia aplicada ao desenvolvimento de nanodis- positivos são frutos do extenso trabalho em diversos materiais semicondutores. Dentro dessa classe de materiais semicondutores, as ligas SixGex^x têm sido alvo de intensas investigações, devido à possibilidade de controle das suas propriedades através da variação da concentração dos elementos constituintes. Durante o processo de crescimento da liga SixGei„x, verifica-se a difusão de impurezas e a formação de defeitos como: vacâncias, interstícios e falhas de empilhamento. Por exemplo os auto-interstícios de Si ou Ge ocorrem durante processos de implantação iônica de dopantes. Neste trabalho nós realizamos um estudo teórico, baseado em técnicas de primeiros princípios, da energia de formação (Ef), das propriedades estruturais e eletrônicas dos auto-interstícios nos materiais puros (Si e Ge) e na liga SixGei-x em função da sua concentração. Utilizamos a Teoria do Funcional da Densidade, dentro da Aproximação da Densidade Local e a interação elétron-ion foi tratada utilizando-se pseudo-potenciais de norma conservada. As ligas de SiGe foram descritas usando as Estruturas Especiais Quase-randômicas (SQS). Calculamos a Ef dos auto-interstícios de Si e de Ge nos materiais puros, examinando as seguintes configurações para os auto-interstícios: SplitfllO], Hexagonal, Hexagonal- Deslocado e Tetragonal. Para o Si puro a configuração Split[110] é a mais estável seguida do Hexagonal-Deslocado (0,3 Â na direção [111]) por uma diferença de energia somente de 0,02 eV. Para o Ge não verificamos a presença de um mínimo local na posição do Hexagonal-Deslocado, o átomo desta configuração migrou para a posição Tetragonal, sendo o SplitfllO] mais estável seguido do Tetragonal com uma diferença de 0,28 eV. Recentemente um novo arranjo estrutural foi estudado, energeticamente mais estável que os demais já citados por manter o número de ligações originais da estrutura cristalina para todos os átomos da super-célula, o Four-Fold Coordinated Defect (FFCD). Nossos cálculos confirmam estes resultados, tanto para Si como para Ge. O FFCD em Si tem uma Ef de 0,76 eV mais baixa que o Split[110] e no Ge 0,78 eV também comparado com SplitfllO]. Ainda para Ge puro fizemos os cálculos de energia de ionização para o SplitfllO], os resultados indicam que o nível (+/0) é 0,08 eV ressonante na banda de valência, enquanto que o nível (0/-) está 0,37 eV acima da banda de valência. Estes resultados estão dissonantes com que foi encontrado em um recente experimento. Em seguida, investigamos a formação de auto-interstícios nas liga com concentrações de 50% e 85% de Si. Consideramos auto-interstícios de Si e de Ge para as diferentes concentrações nas primeiras vizinhanças. Analisamos os defeitos para primeira vizinhança formada somente por átomos de Si, depois somente átomos de Ge e posteriormente uma vizinhança mista (50% de Si e 50% de Ge). Nas duas concentrações da liga estudadas constatamos que o SplitfllO] de Ge em primeira vizinhança mista tem a configuração mais estável, seguida do Hexagonal-Deslocado de Si em primeira vizinhança de Si. Não verificamos a formação do FFCD em liga. |
Abstract: | Recent progress in nanotechnology applied to the development of new (nano)devices is mainly attributed to the research works in a large number of semiconducting materiais. Within this class of semiconducting materiais, the SixGe\_x alloy has attracted special attention due to the possibility of tunning its electronic and structural properties by controlling the alloy concentration. During the growth process of SixGe 1_x, it has been verified the diffusion of impurities as well as the formation of defects as, vacancies, self- interstitials, and stacking faults. For instance, the formation of Si or Ge self-interstitials has been verified during the ion-implantation process in these materiais. In this work, we performed first-principles calculations of the formation energies, electronic and structural properties of self-interstitials in Si, Ge, and SixGei_x alloys as a function of the alloy concentration. The calculations were performed in the framework of the density function theory, within the local density approximation, and the electron-ion interaction was treated by using norm-conserving pseudopotentials. The SixGe\-x alloys were described by using the Special Quasirandom Structures (SQS). Initially we calculated the formation energies of self-interstitials in pure Si and Ge, considering the following atomic configurations: Split[110], Hexagonal, Displaced-Hexago- nal, and Tetrahedral. In Si, we find that the Split[110] configuration is the energetically most stable, followed by the Displaced-Hexagonal (0.3 Â along the [111] direction) with a total energy difference of 0.02 eV compared with the Split[110]. On the other hand, the Displaced-Hexagonal configuration is not energetically stable in Ge, being the Split[l 10] configuration the energetically most stable one, followed by the Tetrahedral configuration by a total energy difference of 0.28 eV. Very recently, a new and energetically more stable than the previous self-interstitial structural models has been investigated, called four-fold coordinated defect (FFCD).'The energetic stability of the FFCD defect can be attributed to the four-fold coordination of the interstitial atom. Our calculations support the formation of FFCD in Si and Ge. In Si the FFCD exhibits a formation energy of 0.76 eV lower compared with the Split[110], and in Ge the FFCD is 0.78 eV lower in energy also compared with the Split[110]. In addition, we determined the ionization leveis of the Split[110] self-interstitial in Ge, where we find that the (+/0) levei is 0.08 eV below the valence band maximum (VBM), i.e. resonant within the valence band, and the (0/—) levei lies at 0.37 eV above the VBM. These results are in contrast with the recent experimental investigation. We next have investigated the formation of self-interstitials in the SixGe\-x alloys, for alloy (Si) concentrations of 0.50 and 0.85. We have studied self-interstitials of Si and Ge for different atomic arrangements in the nearest neighbor (NN) sites. We have considered three different concentrations of Si/Ge at the NN sites: Si-rich, Ge-rich and Sío.bGcq,5. For both alloy concentration, x — 0.50 and 0.85, we verify that the Split[l 10] of Ge, with Sia.^Geo.s at the NN sites, exhibits the lowest formation energy, followed by the Displaced-Hexagonal of Si with the NN sites rich of Si. We do not find the FFCD in those SixGei_x alloys. |
Palavras-chave: | Física Física do estado sólido Semicondutores Cristais |
Área(s) do CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editora: | Universidade Federal de Uberlândia |
Programa: | Programa de Pós-graduação em Física |
Referência: | Moreira, Marcos Dionizio. Auto-Interstício em ligas SiGe. 2004. 71 f. Dissertação ( Mestrado em Física) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2004.2 |
Identificador do documento: | http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2004.2 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/26769 |
Data de defesa: | 2004 |
Aparece nas coleções: | DISSERTAÇÃO - Física |
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