Μελέτη και ανάλυση υλικών για την οπτοηλεκτρονική με κατασκευή προτύπων και οπτικοποίηση
Creators: name: Σκουλίδης, Νικόλαος Α.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2008
Subjects: Δομικές τελείες
Ηλεκτρονικές, οπτικές ιδιότητες
Οπτικοποίηση, ατομιστικές μέθοδοι
Πυρίτιο, γερμάνιο
Νιτρίδια γαλλίου-αργιλίου
Structural properties
Electronic, optical properties
Visualization-atomistic method
Silicon-germanium
Gallium-aluminum nitrides

description: Σε αυτή την διατριβή μελετώνται οι δομικές και ηλεκτρονικές και οπτικέςιδιότητες Κβαντικών Τελειών (ΚΤ) και Κβαντικών Συρμάτων (ΚΣ) των πυριτίου /γερμανίου (Si/Ge) και νιτριδίων του αργιλίου και του γαλλίου (AlN/GaN) καθώς και κραμάτων τους. Επίσης μελετώνται τα διαφανή αγώγιμα οξείδια (TCO) οξειδίου του ινδίου με προσμίξεις κασσιτέρου (ITO). Όλα αυτά τα υλικά και οι νανοδομές τους είναι χρήσιμα για εφαρμογές οπτοηλεκτρονικής λόγω των ιδιαίτερων ιδιοτήτων τους. Για τον σκοπό αυτό υλοποιήθηκε ένα σύνολο λογισμικών για την δημιουργία ατομιστικών προτύπων, τον υπολογισμό των δομικών τους ιδιοτήτων και των ηλεκτρονικών και οπτικών τους ιδιοτήτων. Από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του λογισμικού είναι η δυνατότητα οπτικοποίησης των αποτελεσμάτων σε όλα τα στάδια των μελετών, κυρίως με τρισδιάστατα γραφικά. Για την μελέτη των δομικών ιδιοτήτων των νανοδομών εφαρμόσθηκε η μέθοδος της μοριακής δυναμικής σε υπερκυψελίδες αρκετών δεκάδων χιλιάδων ατόμων που προσεγγίζουν το μέγεθος των πειραματικά παρατηρούμενων. Υπολογίσθηκαν οι παραμορφώσεις των ΚΤ και ΚΣ Ge ή GaN μέσα σε Si ή AlN αντίστοιχα και δείχθηκε η τάση που έχουν οι ΚΤ να στοιχίζονται καθώς αναπτύσσονται σε πολλαπλές στρώσεις. Η μελέτη των ηλεκτρονικών και οπτικών ιδιοτήτων των ΚΤ και ΚΣ έγινε με την ημιεμπειρική μέθοδος της ισχυρής δέσμευσης. Δείχθηκε ότι η ενσωμάτωση των ΚΤ και των ΚΣ μέσα στο πλέγμα του περιβάλλοντος υλικού, επηρεάζει έντονα τις ηλεκτρονικές και τις οπτικές ιδιότητες των υλικών εντοπίζοντας πολλές από τις καταστάσεις σθένους και μερικές από τις καταστάσεις αγωγιμότητας μέσα στις ΚΤ και στα ΚΣ. Ένας ακόμη παράγοντας που επηρεάζει τον περιορισμό των καταστάσεων στο χώρο των ΚΤ και των ΚΣ και κατ' επέκταση τις ιδιότητες είναι οι έντονες παραμορφώσεις που παρατηρούνται κυρίως στην περιοχή των ΚΤ και ΚΣ. Ταυπολογιζόμενα ενεργειακά χάσματα για τις ΚΤ βρίσκονται σε καλή συμφωνία μεπειραματικά δεδομένα. Η σύγκριση μεταξύ των ΚΤ και των ΚΣ έδειξε τονμεγαλύτερο περιορισμό των καταστάσεων στις ΚΤ αλλά και ομοιότητες στη μορφήτων κυματοσυναρτήσεων με ενέργεια κοντά στο ενεργειακό χάσμα των δομών.Η μελέτη του ΙΤΟ έδειξε την ανώμαλη συμπεριφορά της εξάρτησης της σταθερής πλέγματός του από την συγκέντρωση του Sn και την εξάρτησή της από τηνποσότητα οξυγόνου που επίσης προστίθεται στο οξείδιο του ινδίου. Υπολογίσθηκε το μέτρο ελαστικότητας του ITO και βρέθηκε να συμφωνεί με τα λιγοστά πειραματικά δεδομένα που υπάρχουν
description: In this dissertation are studied the structural and the electronic and opticalproperties of Quantum Dots (QD) and Quantum Wires (QW) of silicon / germanium(Si/Ge) and gallium / aluminum nitrides (AlN/GaN) and their alloys as well. In a separate chapter are studied the transparent conducting oxides (TCO) of the tin doped indium oxide (ITO). All these materials and their nanostructures are useful for optoelectronic applications because of their special properties. For this purpose has been developed a software suite for the creation of atomistic models with selected characteristics, the calculation of their structural properties and the calculation of their electronic and optical properties. A special feature of this software suite is the capability to visualize the results in all stages of calculations, mainly with threedimensional graphics. For the study of the structural properties of nanostructures were applied the molecular dynamics method in supercells of several tens of thousands of atoms, which approach the size of the experimentally observed QDs. Were calculated the strains of QDs and QWs of Ge or GaN in Si or AlN respectively, and shown the trend that have the QDs to align along the growth axis in multiple QD layers. For the study of the electronic and optical properties of QDs and QWs were used the semi-empirical method of tight binding (TB). The embedding of the QDs and QWs in the matrix of the surrounding material, affects greatly their electronic and optical properties confining many of the valence states and some of the conductionstates inside the QD or the QW. An additional factor that also affects the confining of the electronic states, and therefore the properties, is the strains observed inside the QDs and QWs. The calculated energy gaps for the QDs are in agreement with the experimentally observed. The comparison between QDs and QWs shows that the electronic states are more confined in the case of QDs and the similarities in the form of the wavefunctions of states with energy close to the fundamental energy gap. The study of ITO has shown the anomalous dependence of the lattice constant on the Sn molecular fraction. The lattice constant is also depended on the quantity of oxygen that is added during the substitution of In with Sn. The bulk modulus of ITO calculated for a range of Sn molecular fraction and found to agree with the very fewexisting experimental results