Neste trabalho são calculados os sub-níveis 1s, 2s, 2p±, 3s, 3p± e 3d±2 de elétrons ligados a impurezas doadoras em um poço quântico de GaAs/GaAlAs submetido a um campo magnético uniforme, via método variacional. São calculadas, então, as densidades de estados supondo-se uma distribuição uniforme de doadores, obtendo-se resultados que se assemelham aos do estado fundamental, com um pico principal e outro secundário. De posse do espectro desses sub-níveis rasos são calculados os coeficientes de absorção, na região do infra-vermelho distante, para as transições permitidas fazendo-se o uso da Regra de Ouro de Fermi. As densidades de doadores estão dentro dos limites do modelo de banda de impureza semi-clássica, portanto baixas densidades. Inicialmente é considerada uma compensação nula e uma distribuição uniforme de impurezas. Neste caso os cálculos são realizados analiticamente. Finalmente é considerada a compensação, sendo utilizada a simulação Monte Carlo. Neste segundo processo calcula-se o coeficiente de absorção, primeiramente considerando-se apenas o termo constante da expansão do potencial eletrostático das impurezas ionizadas. Em segunda etapa leva-se em conta os outros termos da expansão e faz-se um tratamento perturbativo. A forma da curva de absorção em infra-vermelho distante levando-se em conta este efeito da compensação é obtido pela primeira vez. São verificados alargamentos não homogêneos nas curvas de absorção e é estudado o efeito da variação da compensação e do campo magnético sobre o coeficiente de absorção. Este estudo constitui um elemento importante para o diagnóstico destas hetero-estruturas semicondutoras. / In this work we obtain the sub-levels 1s, 2s, 2p±, 3s, 3p±, and 3d±2 of donor bound electrons in a GaAs/GaAIAs quantum well by a variational calculation. The densities of states are calculated assuming an uniform distribution of donors, obtaining results similar to that of the ground state, with two peaks, a fundamental and a secundary. We calculate, then, the absorption coefficient, in the far infrared region, by means the Fermi\'s Golden Rule. The densities of donors are within the lirnits of the Semiclassical Impurity Band, i. e., low densities. The calculations are made analiticaly. Finally we consider a non-zero compensation and utilize the Monte Carlo simulation. In this second process the absorption coefficient is calculated firstly considering only the constant term of the expansion of the electroslatic potential due to ionized impurities. Then a perturbative treatement is made with the other terms in the expansion. The shape of the absorption coefficient in the far infrared, with the effect of compensation, was obtained by the first time. Inhomogeneous broadenings appear in the absorptions curves and the effect of variation of compensation and magnetic field is studied. This study is an important element for hetero-structures diagnosis.

Neste trabalho, estudamos o crescimento epitaxial por feixe molecular assim como as propriedades ópticas e estruturais de camadas de InGaAs depositadas sobre substratos de GaAs(001) com diferentes ângulos e direções de corte. Um ênfase foi dada à investigação da segregação dos átomos de Índio que modifica consideravelmente o perfil de potencial das heteroestruturas e influencia as características dos dispositivos contendo este tipo de camadas. Um novo método experimental baseado em medidas de difração de elétrons de alta energia (RHEED) possibilitou a determinação in situ e em tempo real do coeficiente de segregação dos átomos de Índio e, conseqüentemente, do perfil de composição das camadas de InGaAs. Medidas de raios X e de fotoluminescência em baixa temperatura foram realizadas em amostras de poços quânticos de InGaAs e confirmaram, a posteriori, os resultados obtidos pela técnica RHEED. Foi também demonstrado que o uso de substratos desorientados podia reduzir levemente o efeito de segregação e melhorar as propriedades ópticas das camadas em baixa temperatura. / In this work, we investigated the molecular-beam-epitaxy growth as well as the optical and structural properties of InGaAs layers deposited on top of GaAs (001) substrates with different miscut angles and directions. We emphasized the investigation of the segregation of In atoms that considerably modifies the potential profile of the heterostructures and influences the characteristics of the devices based on this type of layers. A new experimental method involving the diffraction of high-energy electrons (RHEED) allowed the in-situ and real-time determination of the segregation coefficient of the In atoms and, consequently, of the compositional profile of the InGaAs layers. X-rays and low-temperature photoluminescence measurements were carried out InGaAs quantum wells and confirmed, a posterior, the results obtained by the RHEED method. It was also demonstrated that the use of vicinal substrates slight reduces the segregation effect and improves the optical properties of the layers at low temperature.

A nanotecnologia é um dos campos da tecnologia mais em voga atualmente, tendo uma gama imensa de aplicações em campos tão amplos quanto a eletrônica, a medicina e a biologia, por exemplo. A nanotecnologia se baseia no uso de propriedades físicas e químicas únicas obtidas em sistemas de dimensões muito reduzidas chamados de nanoestruturas. Entre as nanoestruturas com maior potencial para novas aplicações na atualidade temos os nanofios. Nanofios são estruturas filamentares de diâmetros da ordem de nanômetros (tipicamente 5-100nm) e comprimentos geralmente da ordem de micrômetros que apresentam uma enorme variedade de aplicações como: transistores, portas lógicas e circuitos combinacionais (possibilitando o escalamento); lasers (com baixa corrente de limiar e menores larguras de linha); e sensores e catalisadores (aproveitando sua alta razão área/volume). Dentre os nanofios, particularmente destacamos os de nitreto de gálio (GaN). Nitretos são materiais com muitas aplicações nos dias atuais, destacando-se especialmente toda opto-eletrônica na faixa azul e ultra-violeta do espectro eletromagnético. Além disso, nanofios de nitretos têm ainda vantagens extras devido ao seu alto gap, alta estabilidade estrutural, baixas correntes de fuga, estabilidade à radiação e robustez mecânica. Neste trabalho simulamos computacionalmente nanofios de GaN, com o diferencial de usarmos um método teórico desenvolvido pelo próprio GMSN (Grupo de Materiais Semicondutores e Nanotecnologia - ITA): o método LDA-1/2. Este método corrige a deficiência da teoria padrão usada em simulações, a Teoria do Funcional da Densidade (DFT em inglês), especialmente na predição do gap de energia ( parâmetro fundamental do material para aplicações em optoeletrônica). Obtivemos como principal resultado a variação da energia de gap com o diâmetro de fios puros e passivados com H. No entanto, embora os resultados sejam corrigidos com relação ao DFT padrão, notamos que a metodologia ainda não é completa, especialmente para o caso de fios pouco espessos em que o confinamento é intenso. Apesar disto, consideramos este trabalho com um passo inicial na solução do complexo problema da obtenção de propriedades eletrônicas mais realísticas em nanoestruturas. Isto ocorre pela grande vantagem do baixo custo computacional da metodologia empregada, que pode permitir a obtenção de uma estrutura eletrônica mais confiável no estudo de sistemas complexos envolvendo nanofios como impurezas, ligas e interfaces.

Este trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de análise estrutural de heteroestruturas, ou seja, estruturas formadas pela combinação de materiais diferentes depositados em camadas alternadas. O trabalho focalizou aspectos não apenas referentes às técnicas de difração de raios X, comumente utilizadas na caracterização estrutural destes novos materiais, mas também se concentrou no desenvolvimento de cálculos teóricos da intensidade difratada pelos raios X, os quais, comparados com os dados experimentais, dão informação precisa acerca do que poderíamos denominar qualidade estrutural. Uma comparação entre resultados obtidos com a teoria Cinemática Dinâmica foram também explorados e o alcance das duas teorias foi discutido. Este procedimento, embora tenha sido aplicado para a análise de heteroestruturas a base de semicondutores cristalinos, pode também ser aplicado, por exemplo, ao estudo de heteroestruturas magnéticas. É sempre fundamental no processo de desenvolvimento de novos materiais caracterizar as amostras após o crescimento, a fim de comparar os resultados experimentais com os valores nominais obtidos do procedimento de deposição. Em particular, neste trabalho, a caracterização estrutural de super-redes deformadas de Si 1-xGex/Ge e Si/Ge, crescidas sobre substratos de Ge e Si, respectivamente, realizou-se através do uso de técnicas não destrutivas de difração de raios X, envolvendo a medição dos parâmetros próprios das super-redes como: período, número de camadas atômicas, parâmetros de rede e deformação. / The aim of this work was the development of a methodology for the structural analysis of heterostructures, i. e., structures formed by the combination of different materials, deposited as alternate layers. The work focused on aspects not only related to x-ray diffraction techniques, usually utilized for the structural characterization of these new materials, but also it concentrated on the development of theorical calculations of the x-ray diffracted intensity, which were compared with experimental data in order to determine the so-called structural quality. The results obtained with the Kinematical and Dinamical X-ray Diffraction theories were explored and the scope of both theories was discussed. Even though this procedure was applied to the analysis of heterostrutures based on crystalline semiconductors, it also can be used, for example, to the study of magnetic multilayers. It is always fundamental in the development process of new materials to characterize the samples after growth, in order to compare the experimental results with the nominal values obtained by the deposition procedure. ln particular, in this work, the structural characterization of Si1-xGex /Ge and Si/Ge strained superlattices, deposited on Ge and Si substrate, respectively, was performed by means of non-destructive x-ray diffraction techniques, measuring superlattices parameters as: periodicity, number of atomic layers, lattice parameters and strain.

Resumo: Neste trabalho foram resolvidos, através de Equação de Schrödinger independente do tempo, os potenciais biestáveis do Poço Duplo Quadrado Unidimensional Simétrico (PDQUS) e do Poço Duplo Assimétrico (PDQUA), concentrando neste último grande parte do estudo. Como todo PDQUS é ressonante por definição, é possível então estimar o tempo de tunelamento através da Fórmula de Rabi. O mesmo não acontece com PDQUA, pois nem todo poço duplo assimétrico é ressonante. Foi necessário então, encontrar barreiras de potencial e distância entre os poços que permitiram a ressonância, pois a probabilidade de tunelamento é muito maior que aquelas dos casos onde não há ressonância. Além do tempo de tunelamento, o tempo de transição eletrônica também é estimado, com o objetivo de propor um modelo de transferência eletrônica (TE). Uma possível aplicação para tal modelo está relacionada a sistemas biológicos ocorrendo por tunelamento e por transição, utilizando o PDQUA. Com base na TE em bactérias fotossintéticas, pôde-se obter informações estruturais, como: as distâncias e energias envolvidas no processo, que foram essenciais para os exemplos numéricos tratados nesse trabalho. / Abstract: In this work were resolved, by Schrödinger equation independent of time, the bistable potential of the One Dimensional Symmetric Double Square Well (PDQUS) and Asymmetric Double Well (PDQUA), concentrating largely in the latter study. As all PDQUS is resonant by definition, it is possible then estimate the time of tunneling through the Rabi formula. This not happens with PDQUA, because not all asymmetric double well is resonant. It was necessary then, to find potential barriers and distance between wells that allowed the resonance because the tunneling probability is much higher than those cases where there is no resonance. Besides the time of tunneling, the electronic transition time is also estimated, with the objective of proposing a model of electron transfer (TE). One possible application for such a model is related to biological systems occuring by tunneling and transition, using the PDQUA. Based on the TE in photosynthetic bacteria, could be obtained structural information, such as distances and energies involved in the process, which were essential for the numerical examples treated in this work. / Orientador: Elso Drigo Filho / Coorientador: Regina Maria Ricotta / Banca: Antônio Vidiella Barranco / Banca: Jorge Chaine / Mestre

Orientador: José Brás Barreto de Oliveira / Banca: José Humberto Dias da Silva / Banca: Euzi Conceição Fernandes da Silva / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividadesde pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Estruturas dot-in-a-well (DWELL) têm sido extensivamente estudadas nos últimos anos devido a sua relevância para a fabricação de dispositivos ópticos e eletrônicos, em especial os fotodetectores e lasers de alto desempenho. inserir pontos quânticos (QDs) em poços quânticos (QWs) aumenta a densidade dos pontos quânticos que, somado ao confinamento adicional fornecido pelo poço quântico, resulta em eficiência óptica elevada. Muitos trabalhos se dedicam ao estudo da dinâmica dos portadores, a fim de compreender melhor o funcionamento dos dispositivos, principalmente em altas temperaturas. Em nosso estudo, as amostras DWELL, em que os pontos de InAs são confinados em poços de InGaAs, foram crescidas sobre um substrato de GaAs por epitaxia de feixe molecular (MBE) e analisadas a partir de medidas de fotoluminiscência (PL). Os pontos quânticos foram obtidos pelo método de Stranski-Krastanov. Para realizar as medidas de PL foi utilizado um monocromador Jobin Yvon T64000. As amostras foram inseridas em um criostato de Janis, com circuito fechado de He, e excitadas por um laser de Ar. O sinal da PL, depois de espalhado, foi detectado por um detector de Ge e registrado usando um amplificador lock-in. Nos espectros de emissão foram identificados três picos em medidas com alta potência de excitação e baixa temperatura. Os resultados das medidas de PL em função da potência de excitação indicaram que se tratava de transições entre níveis confinados nos QDs. Não foi identificado comportamento bi-modal no crescimento dos pontos quânticos nas amostras analisadas. Os resultados das medidas de PL, para diferentes regimes de excitação, mostraram que em todas as transições ópticas investigadas há éxcitons envolvidos e as recombinações não radiativas são insignificantes. Os gráficos de intensidade da PL integrada em função da... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The dot-in-well (DWELL) structure has been exensively studied in recent years because of its relevance to the fabrication of optical and electronic devides, in particular, high-performance photodetectors. The insertion of quantum dots (QD) in the well increases the density of dots which, added to the additional confinement provided by the quantum well, results in a higher optical efficiency. Many works has been devoted to the study of the dynamics carriers in order to properly understand the functioning of devices mostly at high temperatures. In our study, a DWELL sample, in which InAs QDs are confined in InGaAs wells, was grown on a GaAs substrate by molecular beam epitaxy (MBE) and was analyzed by photoluminescence (PL) measurements. The quantum dots were grown by typical Stranski-Krastanov method. The PL spectra were obtained in a T64000 Jobin Yvon Monochromator. The sample was inserted in a Janis He-closed-circuit crystat and excited using an Ar-ion laser. The PL signal, after dispersed, was detected by a Ge-detector and recorded using a loock-in amplifier. In the emission spectra is possible to identify 3 peaks in high power and low temperature. The results of PL measurements depending on the power excitation showed that the peaks are related to transitions between the confined levels in the QDs. Not been identified bi-modal behavior in the growth of quantum dots in the samples analyzed. The results of the PL measurments for different excitation regimes showed that in all the investigated optical transitions there excitons involved and non radiative recombinations are insignificant. The graphics of integrated PL intensity as a function or inverse temperature allowed finding different ranges of temperature and the activation energies associated with the processes of thermal escape of... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientadores: José Antonio Brum, Maria José Santos Pompeu Brasil / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-09-25T12:25:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dacal_LuisCarlosOgando_D.pdf: 741881 bytes, checksum: ef1f4f4de5b4cb56dc940d21e94af4a7 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Um sistema físico com presença de partículas indistinguíveis interagentes cria a rica possibilidade do estudo dos efeitos de correlação e troca, os quais são frutos desta indistinguibilidade. O complexo mais simples para a manifestação destes efeitos seria aquele onde apenas duas partículas indisntinguíveis estão presentes. Em física da matéria condensada, estes complexos são os éxcitons, os doadores e os aceitadores carregados. No caso específico de poços quânticos semicondutores, a não parabolicidade da banda de valência faz com que éxcitons e doadores negativamente carregados sejam os complexos com modelamento teórico mais simples. Apesar da previsão da estabilidade dos éxcitons carregados ("trions") ter sido feita no final da década de 50 para os materiais semicondutores tipo "bulk", sua primeira observação experimental só ocorre no início da década de 90 e em poços quânticos, onde o confinamento unidimensional das cargas aumenta a energia de ligação destes complexos em uma ordem de grandeza. Desde então iniciou-se uma intensa pesquisa a respeito da física destes complexos pois a blindagem das interações coulombianas nos materiais semicondutores permite que campos magnéticos usuais em laboratórios sejam capazes de provocar fortes alterações na energia de ligação dos "trions". Outra rica possibilidade de investigação é o fato dos éxcitons carregados aparecerem como um estado intermediário entre o éxciton neutro e a singularidade do nível de Fermi quando a concentração de elétrons dopantes na amostra é aumentada. Nesta tese apresentamos um estudo teórico dos éxcitons carregados e dos doadores negativamente carregados em poços quânticos de GaAs/Al0.3G a0.7As considerando os efeitos da presença de campos elétricos e magnéticos externos. Nossa contribuição acrescenta um método simples, preciso e fisicamente transparente para o modelamento teórico destes complexos em contraposição às poucas e complexas abordagens até agora apresentadas na literatura científica. Nossos resultados mostram que os defeitos de interface dos poços quânticos desempenham um papel fundamental na dinâmica dos "trions" contrariando as conclusões de alguns estudos experimentais, mas confirmando a visão de outros / Abstract: A physical system where indistinguishable particles interact with each other creates the possibility of studying correlation and exchange effects. The simplest system is that one with only two indistinguishable particles. In condensed matter physics, these complexes are represented by charged excitons, donors and acceptors. In quantum wells, the valence band is not parabolic, therefore, the negatively charged excitons and donors are theoretically described in a simpler way. Despite the fact that the stability of charged excitons (trions) is known since the late 50s, the first experimental observation occurred only at the early 90s in quantum well samples, where their binding energies are one order of magnitude larger due to the one dimensional carriers confinement. After this, these complexes became the subject of an intense research because the intrinsic screening of electrical interactions in semiconductor materials allows that magnetic fields that are usual in laboratories have strong effects on the trion binding energy. Another rich possibility is the study of trions as an intermediate state between the neutral exciton and the Fermi edge singularity when the excess of doping carriers is increased. In this thesis, we present a theoretical study of charged excitons and negatively charged donors in GaAs / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Este trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de análise estrutural de heteroestruturas, ou seja, estruturas formadas pela combinação de materiais diferentes depositados em camadas alternadas. O trabalho focalizou aspectos não apenas referentes às técnicas de difração de raios X, comumente utilizadas na caracterização estrutural destes novos materiais, mas também se concentrou no desenvolvimento de cálculos teóricos da intensidade difratada pelos raios X, os quais, comparados com os dados experimentais, dão informação precisa acerca do que poderíamos denominar qualidade estrutural. Uma comparação entre resultados obtidos com a teoria Cinemática Dinâmica foram também explorados e o alcance das duas teorias foi discutido. Este procedimento, embora tenha sido aplicado para a análise de heteroestruturas a base de semicondutores cristalinos, pode também ser aplicado, por exemplo, ao estudo de heteroestruturas magnéticas. É sempre fundamental no processo de desenvolvimento de novos materiais caracterizar as amostras após o crescimento, a fim de comparar os resultados experimentais com os valores nominais obtidos do procedimento de deposição. Em particular, neste trabalho, a caracterização estrutural de super-redes deformadas de Si 1-xGex/Ge e Si/Ge, crescidas sobre substratos de Ge e Si, respectivamente, realizou-se através do uso de técnicas não destrutivas de difração de raios X, envolvendo a medição dos parâmetros próprios das super-redes como: período, número de camadas atômicas, parâmetros de rede e deformação. / The aim of this work was the development of a methodology for the structural analysis of heterostructures, i. e., structures formed by the combination of different materials, deposited as alternate layers. The work focused on aspects not only related to x-ray diffraction techniques, usually utilized for the structural characterization of these new materials, but also it concentrated on the development of theorical calculations of the x-ray diffracted intensity, which were compared with experimental data in order to determine the so-called structural quality. The results obtained with the Kinematical and Dinamical X-ray Diffraction theories were explored and the scope of both theories was discussed. Even though this procedure was applied to the analysis of heterostrutures based on crystalline semiconductors, it also can be used, for example, to the study of magnetic multilayers. It is always fundamental in the development process of new materials to characterize the samples after growth, in order to compare the experimental results with the nominal values obtained by the deposition procedure. ln particular, in this work, the structural characterization of Si1-xGex /Ge and Si/Ge strained superlattices, deposited on Ge and Si substrate, respectively, was performed by means of non-destructive x-ray diffraction techniques, measuring superlattices parameters as: periodicity, number of atomic layers, lattice parameters and strain.

Neste trabalho são calculados os sub-níveis 1s, 2s, 2p±, 3s, 3p± e 3d±2 de elétrons ligados a impurezas doadoras em um poço quântico de GaAs/GaAlAs submetido a um campo magnético uniforme, via método variacional. São calculadas, então, as densidades de estados supondo-se uma distribuição uniforme de doadores, obtendo-se resultados que se assemelham aos do estado fundamental, com um pico principal e outro secundário. De posse do espectro desses sub-níveis rasos são calculados os coeficientes de absorção, na região do infra-vermelho distante, para as transições permitidas fazendo-se o uso da Regra de Ouro de Fermi. As densidades de doadores estão dentro dos limites do modelo de banda de impureza semi-clássica, portanto baixas densidades. Inicialmente é considerada uma compensação nula e uma distribuição uniforme de impurezas. Neste caso os cálculos são realizados analiticamente. Finalmente é considerada a compensação, sendo utilizada a simulação Monte Carlo. Neste segundo processo calcula-se o coeficiente de absorção, primeiramente considerando-se apenas o termo constante da expansão do potencial eletrostático das impurezas ionizadas. Em segunda etapa leva-se em conta os outros termos da expansão e faz-se um tratamento perturbativo. A forma da curva de absorção em infra-vermelho distante levando-se em conta este efeito da compensação é obtido pela primeira vez. São verificados alargamentos não homogêneos nas curvas de absorção e é estudado o efeito da variação da compensação e do campo magnético sobre o coeficiente de absorção. Este estudo constitui um elemento importante para o diagnóstico destas hetero-estruturas semicondutoras. / In this work we obtain the sub-levels 1s, 2s, 2p±, 3s, 3p±, and 3d±2 of donor bound electrons in a GaAs/GaAIAs quantum well by a variational calculation. The densities of states are calculated assuming an uniform distribution of donors, obtaining results similar to that of the ground state, with two peaks, a fundamental and a secundary. We calculate, then, the absorption coefficient, in the far infrared region, by means the Fermi\'s Golden Rule. The densities of donors are within the lirnits of the Semiclassical Impurity Band, i. e., low densities. The calculations are made analiticaly. Finally we consider a non-zero compensation and utilize the Monte Carlo simulation. In this second process the absorption coefficient is calculated firstly considering only the constant term of the expansion of the electroslatic potential due to ionized impurities. Then a perturbative treatement is made with the other terms in the expansion. The shape of the absorption coefficient in the far infrared, with the effect of compensation, was obtained by the first time. Inhomogeneous broadenings appear in the absorptions curves and the effect of variation of compensation and magnetic field is studied. This study is an important element for hetero-structures diagnosis.

Neste trabalho, investigamos a influência da estrutura de energia das minibandas dos estados eletrônicos ocupados no tempo de recombinação em poços quânticos múltiplos (MQW) fracamente acoplados de GaAs / AlGaAs. Um dos melhores métodos para estudar o efeito da estrutura energética consiste em medir o tempo de recombinação eletrônica em função de parâmetros expostas à influência externa que afeta a estrutura energética, por isso, aplicamos um campo magnético externo. O espectro da emissão de fotoluminescência foi composta pelas contribuições das minibandas da banda de condução, Γ – Γ e Γ – XZ. Observou-se um aumento notável do tempo de recombinação quando o campo magnético causou a despopulação da minibanda de maior energia, Γ – XZ. O efeito observado é atribuído à variação induzida pelo campo magnético na densidade dos estados eletrônicos. / In the present work, we investigate the influence of the miniband energy structure of the populated electron states on the recombination time in GaAs/AlGaAs weakly coupled multiple quantum wells (MQW). The best method to study the effect of the energy structure is to measure the recombination time in the same sample subject to external influence which affects the energy structure, therefore, we apply an external magnetic field. The photoluminescence emission was composed of the contributions from the Γ – Γ and Γ – XZ conduction band minibands. Remarkable enhancement of the recombination time was observed when the magnetic field caused depopulation of the higher energy Γ – XZ miniband. The observed effect is attributed to the magnetic field induced variation of the electron density of states.