As propriedades eletrônicas e estruturais de defeitos em bulk e superfície de semicondutores são estudadas através de cálculos de primeiros princípios. Apresentamos um estudo detalhado para as relaxações e distorções para diferentes estados de carga da vacância em Ge. Nosso principal resultado é que a vacância em Ge não é um sistema de U-negativo, ao contrário do Si. Nós estudamos a superfície Si(00l) e comparamos imagens de STM para estados vazios geradas teoricamente com imagens de experiências recentes de STM de alta resolução. Apresentamos também uma análise das possíveis configurações dímero de Ge sobre Si(00l) e uma comparação de imagens de STH geradas teoricamente com imagens experimentais recentes de estágio inicial de crescimento de Ge sobre Si(00l) na temperatura ambiente. Nós estudamos de­ feitos complexos em GaAs. Em particular, nós mostramos que o par de antiestrutura AsGa + GaAs pode existir em duas configurações, nn e nnn. Nossos resultados indicam que apesar da primeira estrutura ser mais favorável energeticamente ela apresenta uma barreira de recombinação relativamente menor, e consequentemente sua concentração é muito menor que a da estrutura nnn em experiências de irradiação seguida por annealing. Por último, nós apresentamos resultados da implementação do método de Monte Carlo Cinético para o estudo da difusão de As em Si baseada em resultados de primeiros princípios para as barreiras de migração. O principal objetivo é relacionar processos microscópicos com propriedades de grande escala, isto é alcançado com um certo grau de sucesso. / The electronic and structural properties of defects in bulk and surface of semiconductor are studied through first principles method. We present a detailed study of the lattice and relaxation and distortions for different charge states for the vacancy in Ge. Our main result is that the vacancy is not a negative U system, contrary to Si. We studied the surface Si(001) and compared theoretically generated STM images for empty states with recent experimental high resolution STM images. We also presented an analysis of the possible configurations of Ge dimer on Si(001) and a comparison of the theoretically generated STM images with recent experimental ones for the initial stage of Ge growth on Si(OO1) at low temperature. We studied defect complexes in GaAs. In particular, we show that the anti-structure pair AsGa+GaAs can exist in two possible configurations, nn and nnn. Our results indicate that although the first. structure is more energetic favorable it presents a relatively low recombination barrier which implies that is concentration is much lower than the nnn anti-structure pair in irradiation experiments followed by annealing. Finally we present results for implementation of the Kinetic Monte Carlo method for studying the As diffusion in Si, based on first principles results for the migration barriers. The main purpose is to link microscopic processes to large scale properties, and this is achieved with a certain degree of success.

A presente tese trata da simulação computacional dos estágios iniciais da eletrodeposição de cobalto sobre carbono e de cobre sobre ouro, utilizando o método de Monte Carlo Cinético. Os fenômenos de adsorção, dessorção, deposição e difusão superficial, entre outros, ocorrem simultânea e independentemente durante a eletrodeposição, em função de certa probabilidade. Sorteios aleatórios dos eventos de acordo com essa distribuição de probabilidades simulam o comportamento real complexo de um sistema durante a eletrodeposição. No caso do cobalto, foi utilizada uma descrição teórica detalhada das interações entre os átomos no sistema, que permitiu que fossem observadas as formações dos primeiros núcleos, a predileção pela eletrodeposição nos defeitos superficiais e os distintos mecanismos dependentes do sobrepotencial elétrico aplicado. No caso do cobre, foi utilizada uma descrição empírica mais simples da interação entre os átomos, o que permitiu que a quantidade de espécies simuladas fosse maior e aspectos relacionados ao crescimento do filme metálico fossem obtidos, tais quais a formação de buracos durante o processo e a obtenção de parâmetros importantes, como tamanho, altura e densidade média dos núcleos. Alguns experimentos foram realizados para fundamentar e complementar o estudo teórico / This thesis reports the computer simulation of the first stages of the electrodeposition of cobalt onto carbon and copper onto gold, using the Kinetic Monte Carlo method. Adsorption, desorption, deposition and surface diffusion, among other events, occur simultaneously and independently during the electrodeposition, according to a given probability. Random choices of events as a result of a probability distribution can simulate the real evolution of a complex system during the electrodeposition. Regarding the cobalt system, a detailed theoretical interatomic description was used, which allowed the observance of the formation of the first nuclei, the preference of the electrodeposition on the surface defects and the deposition mechanisms differences depending on the applied overpotential. Regarding copper, a much simpler, empiric-based interatomic description was used, allowing the simulation of a bigger number of particles. Some features regarding the copper film growth (like the formation of voids during the process) and some important deposition parameters (like the average size, height and density of the nuclei) were obtained. Some experiments were held in order to base and complement the theoretical study

A presente tese trata da simulação computacional dos estágios iniciais da eletrodeposição de cobalto sobre carbono e de cobre sobre ouro, utilizando o método de Monte Carlo Cinético. Os fenômenos de adsorção, dessorção, deposição e difusão superficial, entre outros, ocorrem simultânea e independentemente durante a eletrodeposição, em função de certa probabilidade. Sorteios aleatórios dos eventos de acordo com essa distribuição de probabilidades simulam o comportamento real complexo de um sistema durante a eletrodeposição. No caso do cobalto, foi utilizada uma descrição teórica detalhada das interações entre os átomos no sistema, que permitiu que fossem observadas as formações dos primeiros núcleos, a predileção pela eletrodeposição nos defeitos superficiais e os distintos mecanismos dependentes do sobrepotencial elétrico aplicado. No caso do cobre, foi utilizada uma descrição empírica mais simples da interação entre os átomos, o que permitiu que a quantidade de espécies simuladas fosse maior e aspectos relacionados ao crescimento do filme metálico fossem obtidos, tais quais a formação de buracos durante o processo e a obtenção de parâmetros importantes, como tamanho, altura e densidade média dos núcleos. Alguns experimentos foram realizados para fundamentar e complementar o estudo teórico / This thesis reports the computer simulation of the first stages of the electrodeposition of cobalt onto carbon and copper onto gold, using the Kinetic Monte Carlo method. Adsorption, desorption, deposition and surface diffusion, among other events, occur simultaneously and independently during the electrodeposition, according to a given probability. Random choices of events as a result of a probability distribution can simulate the real evolution of a complex system during the electrodeposition. Regarding the cobalt system, a detailed theoretical interatomic description was used, which allowed the observance of the formation of the first nuclei, the preference of the electrodeposition on the surface defects and the deposition mechanisms differences depending on the applied overpotential. Regarding copper, a much simpler, empiric-based interatomic description was used, allowing the simulation of a bigger number of particles. Some features regarding the copper film growth (like the formation of voids during the process) and some important deposition parameters (like the average size, height and density of the nuclei) were obtained. Some experiments were held in order to base and complement the theoretical study

As propriedades eletrônicas e estruturais de defeitos em bulk e superfície de semicondutores são estudadas através de cálculos de primeiros princípios. Apresentamos um estudo detalhado para as relaxações e distorções para diferentes estados de carga da vacância em Ge. Nosso principal resultado é que a vacância em Ge não é um sistema de U-negativo, ao contrário do Si. Nós estudamos a superfície Si(00l) e comparamos imagens de STM para estados vazios geradas teoricamente com imagens de experiências recentes de STM de alta resolução. Apresentamos também uma análise das possíveis configurações dímero de Ge sobre Si(00l) e uma comparação de imagens de STH geradas teoricamente com imagens experimentais recentes de estágio inicial de crescimento de Ge sobre Si(00l) na temperatura ambiente. Nós estudamos de­ feitos complexos em GaAs. Em particular, nós mostramos que o par de antiestrutura AsGa + GaAs pode existir em duas configurações, nn e nnn. Nossos resultados indicam que apesar da primeira estrutura ser mais favorável energeticamente ela apresenta uma barreira de recombinação relativamente menor, e consequentemente sua concentração é muito menor que a da estrutura nnn em experiências de irradiação seguida por annealing. Por último, nós apresentamos resultados da implementação do método de Monte Carlo Cinético para o estudo da difusão de As em Si baseada em resultados de primeiros princípios para as barreiras de migração. O principal objetivo é relacionar processos microscópicos com propriedades de grande escala, isto é alcançado com um certo grau de sucesso. / The electronic and structural properties of defects in bulk and surface of semiconductor are studied through first principles method. We present a detailed study of the lattice and relaxation and distortions for different charge states for the vacancy in Ge. Our main result is that the vacancy is not a negative U system, contrary to Si. We studied the surface Si(001) and compared theoretically generated STM images for empty states with recent experimental high resolution STM images. We also presented an analysis of the possible configurations of Ge dimer on Si(001) and a comparison of the theoretically generated STM images with recent experimental ones for the initial stage of Ge growth on Si(OO1) at low temperature. We studied defect complexes in GaAs. In particular, we show that the anti-structure pair AsGa+GaAs can exist in two possible configurations, nn and nnn. Our results indicate that although the first. structure is more energetic favorable it presents a relatively low recombination barrier which implies that is concentration is much lower than the nnn anti-structure pair in irradiation experiments followed by annealing. Finally we present results for implementation of the Kinetic Monte Carlo method for studying the As diffusion in Si, based on first principles results for the migration barriers. The main purpose is to link microscopic processes to large scale properties, and this is achieved with a certain degree of success.