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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.43.1997.tde-02072013-151151
Documento
Autor
Nome completo
Roberto Hiroki Miwa
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 1997
Orientador
Banca examinadora
Ferraz, Armando Corbani (Presidente)
Chacham, Hélio
Fazzio, Adalberto
Lima, Marco Aurelio Pinheiro
Moreira, Marcus Vinicius Baeta
Título em português
Adsorção de moléculas de As2 sobre as superfícies de GaAs (001): {Te, Se e S} e a formação das interfaces GaAs/Te/InAs e GaAs/Si(Ge) /AlAs
Palavras-chave em português
Adsorção
Energia de Formação
interfaces
Superfícies
Resumo em português
Neste trabalho apresentamos um estudo teórico da ação surfactante do Te no crescimento epitaxial do InAs sobre o GaAs (001). Os cálculos foram feitos dentro da teoria do funcional densidade com a aproximação de densidade local, e utilizando-se pseudopotenciais ab initio com conservação da norma. Os resultados indicam que a interdifusão do Te, para a superfície de crescimento, reduz a energia livre do sistema, o que está de acordo com a ação surfactante do Te. Porém verificamos, baseado num processo de troca As <-> Te entre primeiros vizinhos, que parte do Te fica preso na interface GaAs/In-As, dando origem à uma interface GaAs/Te/InAs com meia monocamada de Te, também confirmando resultados experimentais. Calculamos da energia de formação da interface GaAslTef InAs, e os resultados indicam que esta estrutura é energeticamente instável quanto à segregação de fase. Por outro lado, uma interface formada por uma monocamada de In-As sobre o GaAs (001), tem a sua energia de formação reduzida, devido à presença do Te. Também verificamos que o Te evita a formação de aglomerados de As na superfície de crescimento, por meio de uma interação repulsiva entre os dímeros de As adsorvidos sobre o Te. Calculamos os mesmos processos de adsorção e troca do As2 sobre o GaAs (001) terminado em Ga, e coberto por uma monocamada de outros elementos da coluna VI, o Se e o S. Os nossos resultados indicam que a adsorção do As2 é um processo exotérmico, porém a troca As <-> {Se, S} não é energeticamente favorável. Quanto a estrutura eletrônica da interface GaAs/Te/ InAs, para uma concentração de meia monocamada de Te, determinamos a descontinuidade da faixa de valência, "valence-band-offset" (VBO), e a estrutura de faixas de energia. Utilizando-se os mesmos procedimentos de cálculo e dentro do estudo de interfaces, estudamos a dependência do VBO da interface GaAslAlAs, com a inclusão de uma monocamada de ,Si ou de Ge na região da interface, bem como a dependência do VBO com a ordem de crescimento dos materiais. Verificamos que o aumento do VBO, quando o GaAs é depositado sobre o AlAs (001), é devido à ocupação pelo Si (Ge) de sítios de As ligado às camadas de GaAs da interface. De forma análoga, a redução do VBO quando o AlAs é depositado sobre o GaAs (001), é devido à ocupação pelo Sz (Ge) de sitios de As ligados às camadas de AlAs da interface.
Título em inglês
As2 molecules adsorption on the surfaces of GaAs (001): {Te, Se and S} and the formation of interfaces GaAs / Te / InAs and GaAs / Si (Ge) / AlAs
Palavras-chave em inglês
Adsorption
Energy Training.
interfaces
Surfaces
Resumo em inglês
We investigate the initial steps of the surfactant mediated epitaxial growth of InAs over GaAs (001) surface, with Te as a surfactant element. The calculations are performed within the density functional theory, using norm-conserving ab-initio pseudopotentials, and local density approximation. The results indicate that the interdiffusion of Te atoms to the growth surface reduce the surface free energy, confirming the surfactant action of Te. Moreover we find that, using the first neighbour As <-> 7e exchange process, only partial interdiffusion of Te atoms to the growth surface occurs, giving rise to the GaAs/Te/InAs interface, with half a monolayer of Te atoms. Next we have calculated the stability of GaAs/Te/InAs interface against phase segregation, where the results show that this structure is energetically unstable. On the other hand, the interface with one monolayer of InAs over GaAs (001), present a reduction of the formation energy with the inclusion of Te atoms in this interface. Also we have verified that 7e atoms induce a repulsive interaction between As dimers adsorbed on Te layer, which prevents the formation of clusters of ,4s on the growth surface. The adsorption and exchange process of As2 molecules over GaAs (001), Ga terminated, and covered by ,Se and,S atoms was considered. The results indicate that the adsorption process is energetically favourable, but the subsequent exchange process, As <-> {Se,S}, is not energetically favourable. The electronic structure and the valence-bandoffset (VBO) of GaAs/Te/InAs interface, with half a monolayer of Te atoms was calculated. Using the same calculation procedure, we have determinated the change of VBO of GaAs/ AlAs interface, with an inclusion of Si or Ge atoms in the interface between GaAs and AlAs, and the dependence of VBO with the growth sequence of materials. The results indicate that the increase of VBO, when the GaAs is deposited over AlAs (001), can be attributed to the Si (Ge) atoms which occupy the As sites binding to the GaAs layers of the interface. Otherwise the reduction of VBO, when the AtAs is deposited over GaAs (001), is attributed to the Sz(Ge) atoms which occupy the As sites binding to the AlAs layers of the interface.
 
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45863MIWA.pdf (66.89 Mbytes)
Data de Publicação
2013-07-12
 
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