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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.76.2021.tde-28092021-101344
Document
Author
Full name
Fabio Danielli Bonani
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2021
Supervisor
Committee
Sipahi, Guilherme Matos (President)
Anjos, Virgílio de Carvalho dos
Scolfaro, Luisa Maria
Title in Portuguese
Estudo da Teoria do Funcional da Densidade aplicada aos semicondutores III-V na fase wurtzita
Keywords in Portuguese
DFT
Estruturas de bandas
Funcionais
HSE06
Semicondutor III-V
Abstract in Portuguese
A descoberta dos semicondutores, uma verdadeira revolução na área eletrônica, propiciou o desenvolvimento de diversos componentes eletrônicos, tais como: transistores; diodos emissores de luz (LEDs) e células solares. Nos últimos anos, esses materiais semicondutores têm sido muito utilizados em novos dispositivos spintrônicos, como por exemplo em spin laser e em investigação de fenômenos físicos como os Férmions de Majorana.1 Houve, também, um grande desenvolvimento de técnicas de síntese experimentais, como por exemplo a Epitaxia por Feixe Molecular (do inglês Molecular Beam Epitaxy).2 Tais técnicas propiciaram a síntese de materiais em fases metaestáveis, viabilizando o estudo de seus parâmetros eletrônicos e estruturais. A possibilidade de sintetizar materiais III-V na fase metaestável wurtzite (traduzido para o português como wurtzita) motivou este projeto. Os semicondutores binários III-V na fase metaestável wurtzita foram estudados a partir da utilização da Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Neste projeto foram realizadas as seguintes etapas: 1a) cálculo dos parâmetros estruturais; 2a) obteção das constantes elásticas; 3a) obtenção e análise das estruturas de bandas a partir dos parâmetros estruturais calculados na primeira etapa e 4a) obtenção dos parâmetros eletrônicos a partir das estruturas de bandas calculadas na terceira etapa. Em todas as etapas foram utilizados os funcionais LDA e PBE. Além disso, na segunda, na terceira e na quarta etapas, utilizamos também o funcional HSE06. Como resultado, verificou-se que os parâmetros de rede obtidos, tanto com LDA quanto com PBE, foram próximos dos valores experimentais. Por sua vez, em relação às constantes elásticas e à energia de gap (propriedade eletrônica), o funcional HSE06 se mostrou mais próximo em relação aos dados experimentais. Por último, tabelamos todas as propriedades estudadas nesse projeto, a fim de que o leitor possa escolher, dentre os materiais disponíveis, o mais adequado para uma determinada aplicação desejada.
Title in English
Study of Density Functional Theory applied to III-V semiconductors in the wurtzite phase
Keywords in English
Band structures
DFT
Functionals
HSE06
Semiconductor III-V
Abstract in English
The discovery of semiconductors, a true revolution in the electronic area, promotes the development of several electronic components, such as: transistors; light-emitting diodes (LEDs) and solar cells. In recent years, these semiconductor materials have been widely used in new spintronic devices, such as in laser spin and in the investigation of physical phenomena such as the Majorana´s fermions.1 There was also a great development of experimental synthesis techniques, such as Molecular Beam Epitaxia.2 Such techniques provide the synthesizes of materials in metastable phases, enabling the study of their electronic and structural parameters. The possibility of synthesizing materials III-V in the metastable phase wurtzite motivated this project. The binary semiconductors III-V in the wurtzite metastable phase were studied using the Density Functional Theory (DFT). In this project, the following steps were performed: 1a) calculating the structural parameters; 2a) obtaining the elastic constants; 3a) obtaining and analyzing the band structures from the parameters calculated in the first step and 4a) obtaining the electronic parameters from the band structures calculated in the third step. In all steps LDA and PBE were used. In addition, in the second, third and fourth steps, we also use the hybrid functional HSE06. As a result, it was found that the lattice parameters obtained, both with LDA and PBE, were close to the experimental values. Regarding the elastic constants, the functional HSE06 proved to be more accurate, we obtained deviations in relation to experimental data of up to 3%. For electronic properties, such as the values for the gap energy, the functional HSE06 proved to be more accurate, when compared to results obtained via PBE and LDA. Finally, we tabulate all the properties studied in this project, so that the reader can choose, among the available materials, the most suitable for a given application.
 
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Publishing Date
2021-09-30
 
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