Study of InN/GaN heterostructures with molecular dynamics
Creators: name: Μαχτής, Γιώργος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Μοριακή Δυναμική
Νιτρίδιο του Ινδίου
Νιτρίδιο του Γαλλίου
Molecular Dynamics
Indium Nitride
Gallium Nitride

description: Στην παρόυσα εργασία, χρησιμοποιήσαμε την μέθοδο της μοριακής δυναμικής για να προσομοιώσουμε δομές Νιτριδίου του Ινδίου (InN), Νιτριδίου του Γαλλίου (GaN) καθώς και ετεροδομές InN/GaN. Με αυτό τον τρόπο είναι δυνατόν να μελετήσουμε τις φυσικές κινήσεις των ατόμων και των μορίων. Χρησιμοποιήσαμε τον κλασσικό κώδικα μοριακής δυναμικής που ονομάζεται LAMMPS. Το νιτρίδιο του γαλλίου είναι ένα ημιαγωγικό υλικό ευρέους χάσματος με υψηλή θερμοχωριτηκότητα και θερμοαγωγιμότητα ενώ το νιτρίδιο του ινδίου είναι ένα ημιαγωγικό υλικό με μικρό ενεργειακο χάσμα. Και τα δυό τους ανήκουν στην κατηγορία ημιαγωγικών υλικών νιτριδίου-ΙΙΙ και είναι εξαιρετικά χρήσιμα για εφαρμογές μοντέρνας ηλεκτρονικής και οπτοηλεκτρονικής. Αρχικά, δημιουργήσαμε τα μοντέλα του InN και του GaN ξεχωριστά, θέτοντας όλες τις απαραίτητες εντολές, παραμέτρους καθώς και το κατάλληλο ατομικό δυναμικό. Και για τα δύο υλικά, το δυναμικό που χρησιμοποιήσαμε είναι το δυναμικό Tersoff. Από τα αρχεία εξόδου των προσομοιώσεων του LAMMPS, υπολογίσαμε τις βελτιστοποιημένες πλεγματικές σταθερές και των δύο, οι οποίες βρέθηκαν να είναι παρόμοιες με τις βιβλιογραφικές. Στη συνέχεια, με την βοήθεια του προγραμμάτος Ovito, πολλαπλασιάσαμε τις δομές μας (διπλασιασμός, τριπλασιασμός, πενταπλασιασμός) έτσι ώστε να δούμε ότι η ενέργεια ανα άτομο παραμένει η ίδια. Έπειτα κατασκευάσαμε τις πρώτες ετεροδομές InN/GaN. Σε μερικές από αυτές παρατηρήσαμε τον σχηματισμό του πλέγματος σύμπτωσης (coincidence site lattice). Μετά υπολογίσαμε τις excess energies τριαδικών ετεροδομών InN/GaN όπου τοποθετήσαμε ένα μικρό κομμάτι νιτριδίου του ινδίου ανάμεσα σε δύο μεγάλα κομμάτια νιτριδίου του γαλλίου. Ακόμα υπολογίσαμε την παραμόρφωση σε μερικές από αυτές. Τέλος, υπολόγίσαμε και πάλι τις excess energies μεγαλύτερων αυτή τη φορά ετεροδομών InN/GaN με relaxed InN οι οποίες αυτή τη φορά δεν ήταν περιορισμένες στον άξονα ζ. Ακόμα για αυτές τις ετεροδομές πραγματοποιησαμε ένα μικρό fitting στις πλεγματικές τους σταθερές, έτσι ώστε να παρατηρήσουμε ακόμα καλύτερα τον σχηματισμό του coincidence site lattice
description: In this study, we used the molecular dynamics method to simulate InN, GaN as well as InN/GaN heterostructures. That way we were able to study the physical movements of atoms and molecules. We used the classical molecular dynamics code called LAMMPS. Gallium Nitride is a wide bandgap semiconductor material with high heat capacity and thermal conductivity while InN is a small bandgap semiconductor material. Both of them belong in the semiconductor materials of III-Nitride group that are very suitable for modern electronic and optoelectronic applications. First, we created the model of InN and GaN separately by setting all the necessary commands, parameters and the proper inter-atomic potentials. For both our materials the potential that we used was tersoff. From the output files of Lammps after the simulation we find the optimized lattice constants of both our materials which they were close to the literature ones. Then with the help of the program Ovito, we multiplied our structures (doubled, tripled, five times) each so we can see that the energy per atom remains the same. Then we proceed by making our first InN/GaN heterostructures. In some of them we observed the development of a coincidence site lattice. Later we calculated the excess energies of ternary InN/GaN heterostructures, when we put a small piece of InN between two large pieces of GaN. We also calculated the strain in some of them. Finally, we found again the excess energies in bigger this time InN/GaN heterostructures with relaxed InN, and this time not bound just to z dimension. We also did a small fitting in the lattice constants so we can observe even better in this structures the development of a coincidence site lattice
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)