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Doctoral Thesis
Full name
Adalberto Fazzio
Knowledge Area
Date of Defense
São Paulo, 1978
Leite, Jose Roberto (President)
Missell, Frank Patrick
Qualifik, Paul
Title in Portuguese
Modelo molecular para sólidos covalentes
Keywords in Portuguese
Estrutura eletrônica
Abstract in Portuguese
Neste trabalho propomos um modelo molecular geral para o estudo da estrutura eletrônica de sólidos covalentes, utilizando o método do Espalhamento Múltiplo. Aplicamos o modelo ao cristal de GaAs com aglomeradosde 17 átomos. Analisamos os efeitos produzidos pelos elétrons pertencentes aos orbitais flutuantes, evidenciando a necessidade de tratarmos corretamente às condições de contôrno do aglomerado. Apresentamos os resultados para o gap de energia, largura da faixa de valência e a curva densidade de estados, resultados estes que concordam satisfatoriamente com a experiência. Utilizando o modelo proposto, estudamos ainda defeitos pontuais no cristal de GaAs tais como vacância de gálio, vacância de arsênio e impurezas substitucionais de cobre e selênio. A simulação de uma vacância de gálio no GaAs provocou o aparecimento de um nível de energia aceitador (profundo) e a vacância de arsênio provocou o aparecimento de 2 níveis doadores (profundos). Com a introdução de uma impureza de cobre no GaAs surgiu um nível aceitador energeticamente próximo ao nível produzido pela vacância de gálio. A impureza de selênio no GaAs provocou o aparecimento de um nível doador (raso) próximo a faixa de condução. Todos os resultados acima apresentados concordam perfeitamente com a evidência experimental. Por último incluímos o operador de massa de Ferreira-Leite para o estudo de níveis rasos de impureza. A partir dos resultados obtidos neste trabalho e da generalidade do modelo proposto abre-se um vasto campo para o estudo defeito em sólidos covalentes.
Title in English
Molecular model for covalent solids
Keywords in English
Electronic structure
Abstract in English
A molecular cluster model of tetrahedrally coordinated covalent semiconductors is proposed. The boundary condition at the cluster surface is the crucial problem. A general solution to this problem is suggested. The energy spectra of GaAs cluster with seventeen atoms are obtained within the framework of the selfconsistent field multiple scattering method. A critical analysis of the "dangling bonds" effects on the electronic structure of the cluster is performed, and a suitable simulation of the rest of the crystal at the cluster boundaries is discussed. lt is show that the main features of the perfect crystal electronic structure emerge from the cluster spectrum, when the proposed boundary condition is assumed. The model was applied to "the study of the electronic structure of vacancies and substitutional impurities in GaAs. The proposed cluster model leads to the correct location of the electronic levels, introduced by the .impurity, with respect to the band edges. The agreement between the calculated results and the experimental ones suggests that the molecular cluster approach proposed is reliable to deal with a wide range of problems associated with the electronic structure of perfect and imperfect IV and III-V covalent semiconductors.
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