Made available in DSpace on 2015-04-22T22:07:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO-JOSE DILSON.pdf: 2263133 bytes, checksum: bbf5adbba042abf3bd96506b874e8845 (MD5) Previous issue date: 2009-04-02 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / The scattering matrix technique is used to calculate the transmissivity of polarized spins through semiconductors heterostructures of asymmetrical double barrier. The movement of electrons is described in the effective mass approach of the Dresselhaus-Rashba.models.The transmissivity and polarization are calculated as a function of electron energy with kk = 0.5 × 106 cm−1, kk = 1 × 106 cm−1, kk = 1.5 × 106 cm−1 e kk = 2 × 106 cm−1 varying the angle φ InAs/GaSb/InAs/GaSb/InAs system. Fixing the parallel moment kk and varying φ = 0◦, 15◦, 30◦, 60◦, 75◦, and 90◦ we observed that the positions of the resonant picks vary faintly with the energy and the transmission curves change more strongly in the areas out of the resonance with the polarization reaching values among 10% − 82% in the resonant levels.For the directions φ = 45◦ and 135◦ the spin mixing produces an efficiency of polarization of 100% and the effects of the Dresselhaus and Rashba spin-orbit interactions are shown quite favorable to the engineered for fabricating of spin filters and spintronics devices. / A técnica da matriz de espalhamento é usada para calcular a transmissividade de spins polarizados, através de heteroestruturas semicondutoras de dupla barreira assimétrica. O movimento de elétrons de condução são descritos na aproximação da massa efetiva dos modelos de Dresselhaus-Rashba. A transmissividade e a polarização são calculadas como função da energia do elétron para kk = 0, 5×106 cm−1, kk = 1×106 cm−1, kk = 1, 5×106 cm−1 e kk = 2×106 cm−1, com vários valores de φ, para um sistema InAs/GaSb/InAs/GaSb/InAs. Fixando o momento paralelo kk e variando φ = 0◦, 15◦, 30◦, 60◦, 75◦, e 90◦ observamos que as posições dos picos ressonantes variam fracamente com a energia e as curvas de transmissão mudam mais fortemente nas regiões fora da ressonância com a polarização atingindo valores entre 10% −→ 82% nos níveis ressonantes. Para as direções φ = 45◦ e 135◦ o spin mixing produz uma eficiência de polarização de 100% e os efeitos das interações spin-órbita de Dresselhaus e Rashba mostram-se bastante favoráveis à engenharia na fabricação de filtrode spin e dispositivos spintrônicos.

Neste trabalho desenvolvemos rotinas computacionais em Python para o cálculo de propriedades dinâmicas (espectros de fotocorrente e absorção) de heteroestruturas semicondutoras baseadas em Dinâmica Quântica. Em uma primeira etapa do desenvolvimento do projeto, a formulação baseada na evolução temporal das soluções da equação de Schrödinger dependente do tempo foi aplicada a sistemas com soluções analíticas conhecidas ou com resultados já reportados na literatura. Devido à excelente concordância entre nossos dados e aqueles já conhecidos, em uma etapa seguinte, foram calculadas as energias de transição observadas em espectros de fotoluminescência para poços quânticos de InGaAs/GaAs, crescidos por MBE, levando-se em conta os efeitos de tensão e segregação de átomos de índio. Na continuidade do projeto, especial atenção foi dada ao desenvolvimento de estratégias para calcular os espectros de absorção e fotocorrente para dispositivos do Estado Sólido. O conjunto de resultados apresentados neste trabalho demonstra que a metodologia desenvolvida é precisa e pode ser utilizada com baixo custo computacional para o modelamento de heteroestruturas semicondutoras mais complexas, que servem de base para o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos. / In this work we developed computational routines in Python for the calculation of the dynamic properties (spectrum of photocurrent and absorption) of semiconductor heterostructures based on Quantum Dynamics Theory. In a first stage of the development of the project the formulation based on the time evolution of the solutions of the time dependent Schrödinger equation was applied to systems with known analytical solutions or results already reported in the literature. Due to the excellent agreement between our data and those already known, in the next stage the transition energies observed in photoluminescence spectra for InGaAs/GaAs quantum wells, grown by MBE, were calculated taking into account the effects of stress and segregation of indium atoms. In the continuity of the project, special attention was given to the development of strategies to calculate absorption and photocurrent spectra for solid state devices. The set of results presented in this work demonstrates that the methodology developed is accurate and can be used with low computational cost for the modeling of more complex semiconductor heterostructures, which are used for the development of optoelectronic devices.

Neste trabalho desenvolvemos rotinas computacionais em Python para o cálculo de propriedades dinâmicas (espectros de fotocorrente e absorção) de heteroestruturas semicondutoras baseadas em Dinâmica Quântica. Em uma primeira etapa do desenvolvimento do projeto, a formulação baseada na evolução temporal das soluções da equação de Schrödinger dependente do tempo foi aplicada a sistemas com soluções analíticas conhecidas ou com resultados já reportados na literatura. Devido à excelente concordância entre nossos dados e aqueles já conhecidos, em uma etapa seguinte, foram calculadas as energias de transição observadas em espectros de fotoluminescência para poços quânticos de InGaAs/GaAs, crescidos por MBE, levando-se em conta os efeitos de tensão e segregação de átomos de índio. Na continuidade do projeto, especial atenção foi dada ao desenvolvimento de estratégias para calcular os espectros de absorção e fotocorrente para dispositivos do Estado Sólido. O conjunto de resultados apresentados neste trabalho demonstra que a metodologia desenvolvida é precisa e pode ser utilizada com baixo custo computacional para o modelamento de heteroestruturas semicondutoras mais complexas, que servem de base para o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos. / In this work we developed computational routines in Python for the calculation of the dynamic properties (spectrum of photocurrent and absorption) of semiconductor heterostructures based on Quantum Dynamics Theory. In a first stage of the development of the project the formulation based on the time evolution of the solutions of the time dependent Schrödinger equation was applied to systems with known analytical solutions or results already reported in the literature. Due to the excellent agreement between our data and those already known, in the next stage the transition energies observed in photoluminescence spectra for InGaAs/GaAs quantum wells, grown by MBE, were calculated taking into account the effects of stress and segregation of indium atoms. In the continuity of the project, special attention was given to the development of strategies to calculate absorption and photocurrent spectra for solid state devices. The set of results presented in this work demonstrates that the methodology developed is accurate and can be used with low computational cost for the modeling of more complex semiconductor heterostructures, which are used for the development of optoelectronic devices.

OLIVEIRA, Claudio Lucas Nunes de. Excitons em Sistemas Quânticos 0-2D. 2005. 116 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2005. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T17:09:25Z No. of bitstreams: 1 2005_dis_clnoliveira.pdf: 1729842 bytes, checksum: 61191dfaedb56331176b4cb1c951e7e7 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T17:23:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2005_dis_clnoliveira.pdf: 1729842 bytes, checksum: 61191dfaedb56331176b4cb1c951e7e7 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T17:23:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2005_dis_clnoliveira.pdf: 1729842 bytes, checksum: 61191dfaedb56331176b4cb1c951e7e7 (MD5) Previous issue date: 2005 / In the last few decades the physics of low dimensional semiconductor systems have attracted much attention due to the potential applications that arise from their due to electronic and optical properties. For example, InGaAs and InGaAsP heterostructures are currently used in optoelectronic applications that operate in the infrared spectrum. In such systems, the con_nement of charges can be realized in one, two or in three dimensions. The optical properties of quantum con_nement systems are basically determined by electronic transitions. Excitons, formed by an electron-hole pair bounded by coulombic interaction, are the responsible for the emission wavelenght. The aim of this work is to computer the ground state exciton energies in quantum wells, cylindrical quantum wires and pyramidal quantum dots as a function of the their size and shape. The results show that the exciton energies of In0:4Ga0:6As/GaAs quantum wells and wires are in the range from 0.9 to 1.3 eV. The results of In0:4Ga0:6As/GaAs pyramidal quantum dots show that the e-lh (e-hh) recombination energies are approximately 1.3-1.4 (1.18-1.28) eV. / A física de sistemas semicondutores de baixa dimensionalidade tem evoluído bastante nas últimas décadas. Em parte, porque essas estruturas oferecem a oportunidade de testarmos vários modelos teóricos, mas também porque existe um grande potencial de aplicação tecnológica derivada das propriedades de tais estruturas e dos materiais que a formam. Como exemplo, temos as heteroestruturas semicondutoras formadas com os materiais InGaAs e InGaAsP que são de grande utilidade em dispositivos optoeletrônicos emitindo na região do infravermelho. Nesses sistemas podemos fazer um confinamento dos portadores de carga, como elétrons e buracos, em uma, duas ou em três direções, aos quais são chamados de poço (2D), fio (1D) e ponto quântico (0D), respectivamente. As propriedades óticas dos semicondutores são determinadas pelos autovalores e autovetores do movimento dos elétrons e buracos. Os excitons que é o par elétron-buraco interagindo entre si são os maiores responsáveis pela emissão (pico da fotoluminescência) em sistemas de confinamento em semicondutores. A interação colombiana e o tipo de confinamento imposto pela construção dessas estruturas junto com suas interfaces graduais afeta o movimento desses portadores. O nosso objetivo neste trabalho é calcular a energia de emissão dos excitons elétron-buraco leve e elétron-buraco pesado em poços, fios cilíndricos e em pontos quânticos piramidais em função de seus parâmetros de dimensionalidade. Os resultados obtidos mostram as energias do exciton no poço e no fio quântico In0.4Ga0.6As/GaAs na mesma ordem de grandeza, estando na faixa de 0.9 à 1.3 eV. Para o ponto piramidal, as energias de recombinação do par e-hh (e-lh) estão na faixa de 1.3-1.4 (1.18-1.28) eV.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3924.pdf: 7419866 bytes, checksum: f261961e660d143baa3b2de0edca2b9f (MD5) Previous issue date: 2011-10-14 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work, we have investigated Ga1-xMnxAs/GaAs/AlAs quantum wells (QWs) with low Mn concentration (x < 0.1%) grown by Molecular Beam Epitaxy at substrate temperatures of 400 and 450°C. We have investigated the time-resolved and polarized resolved photoluminescence as a function of laser power excitation, temperature and magnetic field for samples of 4nm and 6nm QW width. The emission spectra of the 4nm QW show two emission bands. The lower band energy presented a distinct behavior with a relatively long decay-time that may be associated to a spatial- and momentum-indirect recombination involving an electron from the AlAs layer and a hole at the GaMnAs QW. The higher energy band was associated to the direct transition in the GaMnAs QW. On the other hand, a wider, is also observed at high Mn concentration for the both QW widths. This band is due to donor-bound exciton emission from shallow donors, Mn interstitial, in the QWs. Our results show that circular polarization degree is very sensitive to the Mn concentration and QW width. In addition, we have also investigated the transport and optical properties of p-i-n AlAs/GaAs/AlAs double barrier resonant tunneling diodes (RTD) with a Ga0,95Mn0,05As top-layer contact and an InGaAs QW in the n-doped GaAs contact side. A reference sample with similar design, except that the magnetic layer was replaced by a C-doped GaAs was also investigated. The spin polarization in this samples was investigated by measuring the I(V) characteristic curves and circular-polarized electroluminescence (EL) and photoluminescence (PL) spectra as a function of the applied voltage and a magnetic field parallel to the tunneling current. We have observed clear evidence of hole resonances in the I(V) characteristic curves for both samples at 2K. The EL and PL intensities from both the GaAs and InGaAs QWs show a clear correlation with the resonances in the I(V) characteristics curves for both samples. The circular polarization degree from the GaAs and the InGaAs QWs attain large values and are more sensitive to the bias voltage in the Mn-doped sample. We have observed a polarization degree up to ~-80% for the GaAs QW emission from the magnetic RTD under 15T and 2K. Under light excitation, holes are photocreated in the non-magnetic side and injected along the structure, which strongly affects the degree of circular polarization of the carriers. / Neste trabalho, realizamos um estudo sistemático em poços quânticos de Ga1- xMnxAs/GaAs/AlAs (QWs) com baixa concentração de manganês (x < 0,1%) crescidos por epitaxia de feixe molecular em altas temperaturas de crescimento do substrato 400 e 450°C. Estudamos as medidas de fotoluminescência resolvida no tempo e fotoluminescência resolvida em polarização em função da potência de excitação do laser, da temperatura e do campo magnético em poços quânticos com larguras de 4nm e 6nm e com diferentes concentrações de Mn. Os espectros de emissão dos poços quânticos de 4nm apresentaram duas bandas de emissão. A banda de emissão de menor energia apresentou um tempo de decaimento relativamente longo que foi associado à recombinação indireta envolvendo elétrons confinados na banda X no AlAs com buracos confinados na banda &#61511; no Ga1-xMnxAs enquanto que a banda de maior energia foi atribuída à transição direta no poço quântico de Ga1-xMnxAs. Por outro lado, para concentrações elevadas de Mn observamos a presença de uma nova banda de emissão mais larga para todos os poços quânticos. Esta banda foi associada à emissão de éxcitons ligados a doadores devido à presença de Mn intersticial no poço quântico. Nossos resultados mostram que o grau de polarização circular é bastante sensível à concentração do manganês e à largura do poço quântico. Paralelamente, investigamos as propriedades de transporte e óticas de diodos de tunelamento ressonante de dupla barreira (DTR) do tipo p-i-n AlAs/GaAs/AlAs com contato superior tipo-n constituído por uma camada magnética de Ga0,95Mn0,05As e um poço quântico de InGaAs entre o contato inferior tipo-n e poço quântico de GaAs. Estudamos também uma amostra referência crescida de modo similar sendo que a camada magnética foi substituída por uma camada de GaAs dopado com carbono. A polarização de spin nestas amostras foi investigada medindo as curvas características I(V), os espectros de eletroluminescência (EL) e fotoluminescência (PL) resolvida em polarização em função da voltagem aplicada e campo magnético aplicado paralelamente à corrente de tunelamento. Observamos nas curvas características I(V) de ambas as amostras evidências de picos ressonantes de buracos. As intensidades de EL e PL dos poços quânticos de GaAs e de InGaAs para ambas as amostras mostram uma clara correlação com as ressonâncias da curva característica I(V). Nossos resultados mostram que o grau de polarização dos poços quânticos de GaAs e InGaAs nas amostras contendo GaMnAs atinge valores superiores e são mais sensíveis à voltagem do que a amostra referência. Em particular, observamos um grau da polarização de até ~-80% para a emissão do poço quântico de GaAs no caso do DTR magnético em 15T e 2K. Na presença de luz, buracos fotocriados na região do contato não magnético são injetados ao longo da estrutura reduzindo consideravelmente o grau de polarização dos portadores no poço quântico.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseACRB.pdf: 1851466 bytes, checksum: 1edfef66c44c8e430704ae0d7598612c (MD5) Previous issue date: 2002-10-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / We have studied the dynamic and the stationary properties of carriers in semiconductor heterostructures submitted to electric fields AC and DC and to magnetic fields within the e&#64256;ective-mass approximation based on model multiband k · p. The method used to calculate the electronic structure uses the combination of techniques of finite differences and the inverse power method. As example to test the e&#64259;ciency of the method, we have studied optical properties in multiple quantum wells of GaAs/AlGaAs containing a delta-doping nipi structure. We have calculated the single pair electron-hole energy recombination and we estimated critical temperatures where the interband optical transitions changes its character from indirect to direct. We have also calculated the electronic structure of holes in quantum wells of GaAs/Ga1&#8722;xAlxAs in the presence of longitudinal magnetic and electric parallel fields as initial part of the study of the magnetotunneling in double barrier. The resonant tunneling of the carriers in double barrier is investigated using the formalisms based on the scatterring-matrix and on the finite di&#64256;erence technique. The implicit method to simulate the time dependent transport properties is obtained in terms of Magnus expansion for the evolution operator by using a factorization based on the approach of Padé (M/M). This method has shown quite stable, besides allowing high order of precision. We have calculate the quasi-energy, medium displacement, transmission probability, AC Stark e&#64256;ect and tunneling time of the carriers in a quantum well GaAs/Ga0,7Al0,3As submitted to an AC potential, both with k = 0 and k 6= 0. Our results have revealed that carriers present dynamics completely di&#64256;erent from each other depending strongly on the ratio between applied AC frequency &#969; and the carrier localization frequency &#969;l = (E ~ ). The AC Stark e&#64256;ect has adiabatic type that is inserted into the initial conditions. The quasi-energy of all carriers, except the ligth-hole LH1 at k = 0, present a similar quasi-parabolic dependence with the intensity of the field &#946; = (eF0Lz }&#969; ), as is observed in static cases. The degree of localization of the carriers is investigated through the calculation of tunneling times. In general, states show time localization induced by laser frequencies larger that &#969;l for many states with k = 0. For k > 0 the inherent mixture among the states of the valence band produces an increase in the transmission probability. The field tilted barrier of potential leads to quasi-energies near to the border of the QW, favoring the escape of carriers from quantum well region if compared to their time localization regimes. / Obs.: Devido a restrições dos caracteres especias, verifcar resumo em texto completo para download. Estudamos as propriedades dinâmicas e estacionárias de portadores em heteroestruturas semicondutoras submetidas a campos elétricos AC e DC e a campos magnéticos DC na aproximação de massa efetiva e dentro do modelo multibandas k · p. O método usado para calcular a estrutura eletrônica é baseado na técnica de diferenças finitas e no método da potência inversa. Como exemplo para testar a eficiência do método, estudamos propriedades ópticas em múltiplos poços quânticos (MQW) de GaAs/AlGaAs contendo uma estrutura delta-doping nipi. Calculamos as energias de recombinação de um par elétron-buraco, como função da temperatura, e estimamos as temperaturas críticas onde as transições ópticas mudam de indireta para direta. Também calculamos a estrutura eletrônica de buracos em poços quânticos de GaAs/Al0,35Ga0,65As na presença de campos elétricos e magnéticos longitudinais, como parte inicial do estudo do magneto-tunelamento em duplas barreiras. O tunelamento ressonante dos portadores em duplas barreiras foi investigado usando os formalismos da matriz de espalhamento e diferenças finitas. O método implícito para simular as propriedades de transporte dependentes do tempo foi implementado baseado na expansão de Magnus para o operador evolução e sua fatorização baseada na aproximação diagonal de Padé (M/M). Este método tem se mostrado bastante estável, além de permitir altas ordens de precisão (O2M+1). Calculamos as quase-energias, deslocamentos médios, probabilidades de transmissão, efeito Stark AC e tempos de tunelamento dos vários portadores em um poço quântico GaAs/Al0,3Ga0,7As submetido a um potencial AC, com k = 0. Nossos resultados nos revelou uma dinâmica completamente distinta para cada tipo de portador que depende fortemente das frequências &#969; e de localização &#969;l = E ~. O efeito Stark AC é do tipo adiabático com as quase-energias apresentando uma dependência quase-parabólica com a intensidade do campo &#946; = eF0Lz }&#969; . O grau de localização dos portadores é investigado através do cálculo dos tempos de tunelamento. Para k 6= 0 a inerente mistura entre os estados da banda de valência produz um aumento da probabilidade de transmissão dos buracos, uma vez que suas quase-energias são muito maiores e seus movimentos ao longo de z e planar estão acoplados. Isso favorece o escape dos buracos da região do poço.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / In the last few decades the physics of low dimensional semiconductor systems have attracted much attention due to the potential applications that arise from their due to electronic and optical properties. For example, InGaAs and InGaAsP heterostructures are currently used in optoelectronic applications that operate in the infrared spectrum. In such systems, the con_nement of charges can be realized in one, two or in three dimensions. The optical properties of quantum con_nement systems are basically determined by electronic transitions. Excitons, formed by an electron-hole pair bounded by coulombic interaction, are the responsible for the emission wavelenght. The aim of this work is to computer the ground state exciton energies in quantum wells, cylindrical quantum wires and pyramidal quantum dots as a function of the their size and shape. The results show that the exciton energies of In0:4Ga0:6As/GaAs quantum wells and wires are in the range from 0.9 to 1.3 eV. The results of In0:4Ga0:6As/GaAs pyramidal quantum dots show that the e-lh (e-hh) recombination energies are approximately 1.3-1.4 (1.18-1.28) eV / A fÃsica de sistemas semicondutores de baixa dimensionalidade tem evoluÃdo bastante nas Ãltimas dÃcadas. Em parte, porque essas estruturas oferecem a oportunidade de testarmos vÃrios modelos teÃricos, mas tambÃm porque existe um grande potencial de aplicaÃÃo tecnolÃgica derivada das propriedades de tais estruturas e dos materiais que a formam. Como exemplo, temos as heteroestruturas semicondutoras formadas com os materiais InGaAs e InGaAsP que sÃo de grande utilidade em dispositivos optoeletrÃnicos emitindo na regiÃo do infravermelho. Nesses sistemas podemos fazer um confinamento dos portadores de carga, como elÃtrons e buracos, em uma, duas ou em trÃs direÃÃes, aos quais sÃo chamados de poÃo (2D), fio (1D) e ponto quÃntico (0D), respectivamente. As propriedades Ãticas dos semicondutores sÃo determinadas pelos autovalores e autovetores do movimento dos elÃtrons e buracos. Os excitons que à o par elÃtron-buraco interagindo entre si sÃo os maiores responsÃveis pela emissÃo (pico da fotoluminescÃncia) em sistemas de confinamento em semicondutores. A interaÃÃo colombiana e o tipo de confinamento imposto pela construÃÃo dessas estruturas junto com suas interfaces graduais afeta o movimento desses portadores. O nosso objetivo neste trabalho à calcular a energia de emissÃo dos excitons elÃtron-buraco leve e elÃtron-buraco pesado em poÃos, fios cilÃndricos e em pontos quÃnticos piramidais em funÃÃo de seus parÃmetros de dimensionalidade. Os resultados obtidos mostram as energias do exciton no poÃo e no fio quÃntico In0.4Ga0.6As/GaAs na mesma ordem de grandeza, estando na faixa de 0.9 à 1.3 eV. Para o ponto piramidal, as energias de recombinaÃÃo do par e-hh (e-lh) estÃo na faixa de 1.3-1.4 (1.18-1.28) eV.

Utilizou-se um Hamiltoniano KP (6x6) do tipo Kane para, se estudar a estrutura de bandas e níveis de Landau para heteroestruturas de semicondutores zincblende dos grupos III-V e II-VI. Os efeitos do acoplamento entre as bandas de condução e valência, da mistura dos estados da banda de valência, da não-parabolicidade dos níveis, da total degenerescência dos níveis, do warping e das descontinuidades das massas efetivas nas heterointerfaces são levados em conta. Mostrou-se que a interação entre as bandas de condução e valência não pode ser desprezada, mesmo para semicondutores de gap largo, como citado em trabalhos existentes na literatura. Para um estudo sistemático do modelo, utilizou-se um poço quântico de GaAs Ga(Al)As e então aplicou-se o modelo a um sistema de semicondutores semi-magnéticos (poço quântico de CdTe Cd(Mn)Te). / A Kane-like (6x6) KP Hamiltonian is used to study the subband structure and Landau levels for group III-V and group II-VI zincblende semiconductor heterostructures. The effects of conduction-valence band coupling, valence band states mixing, nonparabolicity of the levels, the full degeneracy of the levels, warping and effective masses discontinuities at the heterointerfaces are taken into account. It is shown that the interaction between conduction-valence bands cannot be neglected, even so the semicondutctor have wide gap, as claimed in previous work in the literature. GaAs-Ga(Al)As quantum well was used as a model for a systematic study of the effects of each effective KP parameters. Then, it was applied to the study the subband structure of semi-magnetic semiconductor system (a quantum well of CdTe-Cd(Mn)Te.

Utilizou-se um Hamiltoniano KP (6x6) do tipo Kane para, se estudar a estrutura de bandas e níveis de Landau para heteroestruturas de semicondutores zincblende dos grupos III-V e II-VI. Os efeitos do acoplamento entre as bandas de condução e valência, da mistura dos estados da banda de valência, da não-parabolicidade dos níveis, da total degenerescência dos níveis, do warping e das descontinuidades das massas efetivas nas heterointerfaces são levados em conta. Mostrou-se que a interação entre as bandas de condução e valência não pode ser desprezada, mesmo para semicondutores de gap largo, como citado em trabalhos existentes na literatura. Para um estudo sistemático do modelo, utilizou-se um poço quântico de GaAs Ga(Al)As e então aplicou-se o modelo a um sistema de semicondutores semi-magnéticos (poço quântico de CdTe Cd(Mn)Te). / A Kane-like (6x6) KP Hamiltonian is used to study the subband structure and Landau levels for group III-V and group II-VI zincblende semiconductor heterostructures. The effects of conduction-valence band coupling, valence band states mixing, nonparabolicity of the levels, the full degeneracy of the levels, warping and effective masses discontinuities at the heterointerfaces are taken into account. It is shown that the interaction between conduction-valence bands cannot be neglected, even so the semicondutctor have wide gap, as claimed in previous work in the literature. GaAs-Ga(Al)As quantum well was used as a model for a systematic study of the effects of each effective KP parameters. Then, it was applied to the study the subband structure of semi-magnetic semiconductor system (a quantum well of CdTe-Cd(Mn)Te.

Esta pesquisa engloba o estudo e desenvolvimento de novas heteroestruturas semicondutoras, tomando como base as estruturas SOI (Silicon-On-Insulator - silício sobre isolante) obtidas pela técnica Smart Cut, estudadas nestes últimos anos no Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). Esta técnica combina a solda direta para a união de lâminas e a implantação iônica (I/I) de íons leves para a separação de camadas especificadas. São essenciais na preparação destas estruturas SOI, processos de I/I, limpeza e ativação das superfícies das lâminas e recozimentos em fornos a temperaturas moderadas. Estudamos também, diferentes métodos para a obtenção de novas heteroestruturas, basicamente combinando as técnicas de fabricação da estrutura SOI e os métodos de formação do carbeto de silício (SiC), que chamaremos de heteroestruturas SiCOI (Silicon Carbide-On-Insulator). O método usado para a formação do SiC depende, em cada caso, das características desejadas para o filme que, ao mesmo tempo, estão relacionadas com a aplicação à qual estará destinado. Analisamos três métodos de obtenção do material SiC com características específicas diferentes. A metodologia proposta aborda as seguintes tarefas: Tarefa 1: Obtenção de estruturas SOI pelo método convencional utilizado em trabalhos anteriores e melhoramento das características superficiais da estrutura resultante. Tarefa 2: partindo de uma lâmina de Si previamente coberta por uma camada isolante, fabricar a heteroestrutura SiC/isolante/Si, onde a camada de SiC é crescida pelo método de deposição química de vapor assistida por plasma (PECVD). O filme obtido por deposição PECVD é amorfo e portanto são necessárias etapas de cristalização posteriores ao crescimento. Tarefa 3: partindo de uma estrutura SOI, fabricar a heteroestrutura SiC/SiO2/Si, onde a camada de SiC é obtida por implantação de íons de carbono (C+) na camada ativa de Si da estrutura SOI para sua transformação em SiC. Tarefa 4: partindo de uma estrutura SOI, fabricar a heteroestrutura SiC/SiO2/Si, onde a camada de SiC é obtida por conversão direta da camada ativa de Si da estrutura SOI em SiC como resultado da carbonização do Si usando exposição a ambiente de hidrocarbonetos. Como resultado deste trabalho foram obtidas estruturas SOI Smart Cut com valor médio de rugosidade superficial dentro dos valores esperados segundo a bibliografia consultada. Durante o desenvolvimento de heteroestruturas SiC/isolante/Si obtidas utilizando a técnica de PECVD obtivemos filmes com boas características estruturais. Os recozimentos feitos em ambiente de N2 aparentemente trazem resultados satisfatórios, conduzindo à completa cristalização dos filmes. Nas análises feitas para a fabricação de heteroestruturas SiC/isolante/Si utilizando I/I de carbono confirma-se a formação de c-SiC depois de realizado o recozimento térmico. / In this work we study new semiconductors heterostructures, based on SOI (Silicon-On- Insulator) structures obtained by \"Smart-Cut\" process, that were studied in the last years at Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). This technique combines high-dose hydrogen ion implantation (I/I) and direct wafer bonding. To produce SOI structures some processes are essential: I/I process, cleaning and activation of the surfaces, and conventional thermal treatments at moderated temperatures. We also investigate different methods to obtain new heterostructures, basically combining SOI technologies and silicon carbide (SiC) growth processes, which will be called as SiCOI (Silicon Carbide-On-Insulator) heterostructures. The utilized methods to obtain the SiC are related, in each case, with the desired film\'s characteristics, which at the same time are associated with the final application. We analyze three methods to obtain SiC material with specific different characteristics. The proposed methodology approaches the following tasks: Task 1: Fabrication of SOI structures by the conventional technology previously used by us, and the improvement of superficial characteristic of the final structure. Task 2: Fabrication of SiC/insulator/Si heterostructures from Si substrate previously covered with an insulator capping layer, where the SiC layer is deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The PECVD film is amorphous and therefore, a thermal annealing step is necessary for crystallization. Task 3: Fabrication of SiC/SiO2/Si heterostructures from SOI structure, where the SiC layer is synthesized through a high dose carbon implantation into the thin silicon overlayer of a SOI wafer. Task 4: Fabrication of SiC/SiO2/Si heterostructures from SOI structure, where the SiC layer is achieved by direct carbonization conversion of the silicon overlayer of a SOI wafer In this work we have obtained Smart Cut SOI structures with surface roughness similar to the previous reported. We also obtained SiC/insulator/Si heterostructures with good structural characteristics using PECVD technique. The investigated N2 thermal annealing appears to be suitable for the crystallization of all the amorphous films deposited by PECVD. We have shown the possibility of using carbon ion implantation and subsequent thermal annealing to form c-SiC for SiC/insulator/Si heterostructures.