A natureza de defeitos de Bulk e na superfície de semicondutores - Dalpian, Gustavo Martini (2003)
Utilizando métodos de primeiros princípios, baseados na Teoria do Funcional da Desidade, investigamos, de forma sistemática, problemas de interesse na física de semicondutores: (i) A liga SixGe1-x: observa-se um pequeno desvio da linearidade, para o parâmetro de rede da liga, em função da concentração, sendo que as distâncias entre átomos de Ge são as que mais variam. O comportamento de vacâncias nessa liga se mostrou intermediário entre o Ge e o Si, e a energia de formação (EF) das vacâncias variou entre 2,06 eV e 2,90 eV, dependendo da vizinhança dessa. Propusemos um modelo para a difusão de Ge nessa liga. O fato das vacâncias com mais átomos de Ge como vizinhos ter menor energia de formação, faz com que a difusão das vacâncias se dê por caminhos lembrando o Ge puro, ou seja, a tendência será de que os vizinhos dessa vacância sejam de Ge, para ligas ricas em Ge; (ii) Superfícies: estudamos a adsorção de monômeros e dímeros de Ge sobre Si (100). Verificamos que, para monômeros, podem existir diversos mínimos locais da superfície de energia potencial para a mesma posição (x, y) na superfície, cuja diferença está na inclinação dos dímeros da superfície perto deste átomo. Mostramos que isso pode ser identificado em imagens teóricas de STM (Scanning Tunelling Microscopy) e propomos que isso seja verificado experimentalmente. Este tipo de efeito também ocorre com dímeros, sendo que isso já foi observado experimentalmente, mas com uma interpretação errônea. Através do nosso estudo podemos propor uma estrutura mais condizente com as imagens experimentais. O comportamento de átomos e dímeros de Si e Ge perto de degraus também foi analisado. Devido à diferença no parâmetro de rede do Si e do Ge, mostramos que a adsorção se torna diferente quando somente dois átomos estão na superfície. Através desses resultados, propomos um modelo para explicar a reversão da rugosidade dos degraus durante o crescimento de Ge sobre Si(100); (iii) Impurezas de Mn em Si: analisamos o comportamento de impurezas de Mn no cristal de Si e sobre a superfície. No cristal, observamos que a EF de sítios intersticiais é menor do que os sítios substitucionais. Sobre a superfície, existe um sítio substitucional que possue a mesma EF de um sítio intersticial. Esse é um fato importante para o desenvolvimento de semicondutores ferromagnéticos à base de Si. Propomos um método para que esse fato seja verificado experimentalmente, através de imagens de STM.