The electrical characteristics of a Metal-Semi-insulator-Semiconductor diode have been comprehensively studied at various temperatures. In particular the electrical, structural and compositional properties of the semi-insulator, silicon-rich-oxide (SRO), have been thoroughly investigated. The SRO films were all deposited by atmospheric pressure chemical vapour deposition, (APCVD), at 650 C with silane (SiH(_4)) and nitrous oxide (N(_2)O) reactant gases and a carrier gas of nitrogen. The reactant gas ratio, γ, was held at 0.22 and the deposition time varied between 0.5 and 8 minutes. The effects of film thickness, film annealing, forming, top contact metal (i.e. work function difference), top contact metal area, substrate material and temperature on the electrical characteristics in both forward and reverse bias have been reported. Various techniques have been employed to elucidate the physical and structural properties of the SRO film. These include: Auger Electron Spectroscopy; Secondary Ion Mass Spectroscopy; Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy; Scanning Electron Microscopy; Transmission Electron Microscopy; Rutherford Backscattering Spectroscopy; Optical Ellipsometry and Alpha Step Analysis. A model for the structure of SRO films has been put forward. The films are thought to be extremely random in structure, containing many voids with a gradual variation in composition from substrate to top metal contact. Various models for conduction in the SRO film were investigated over a range of electric fields and temperatures to determine the predominant conduction mechanism for a particular set of conditions. Conduction in SRO is thought to be dominated by Schottky emission across the SRO-substrate interface. Once this Schottky barrier is conducting, at suitably high biases, conduction across the remainder of the device is thought to be by thermionic emission at high temperatures and by a Poole-Frenkel process at low temperatures.

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Este trabalho consiste no estudo da neutralização de centros associados a níveis profundos em silício, através da introdução de hidrogênio atômico no sistema. Foi utilizado o modelo de aglomerado molecular com saturação dos orbitais de superfície pela esfera de Watson dentro do formalismo do método do Espalhamento Múltiplo-X. Estudamos inicialmente as impurezas isoladas substitucionais: Si:l=lu, Si:l=lg e Si:Cu, com intuito de observarmos os efeitos causados pela introdução dos hidrogênios atômicos. Os complexos estudados envolvem quatro átomos de hidrogênio situados nos primeiros interstícios tetraédricos ao centro CSi:l=luH,, Si:l=lgH, e Si:CuH,) . Para investigar a passivação, fizemos cálculos auto consistentes para várias configurações atômicas. Em cada configuração os 4 átomos de hidrogênio foram deslocados simetricamente em torno da impureza substitucional. Para cada nova configuração, os sistemas foram também estudados nos estados de carga negativo e positivo, que representamos por CSi:XH,)- e CSi:XH,)o. O modelo microscópico proposto mostrou-se apropriado para explicar os mecanismos da neutralização de defeitos profundos em semicondutores. / In this work we study the neutralization of deep level impurities in silicon by introducing atomic hydrogen in the system. The calculations were carried out by using the Mulliple Scattering-X~ theory within the framework of lhe Watson-sphere-terminated molecular cluster model. We studied lhe substitutional isolated impurities: Si:l=lu, effects of the Si:l=lg and Si:Cu in order to investigate the incorporation of atomic hydrogen. The clusters comprise 16 silicon aloms at the regular lattice sites and 4 hydrogen atoms, at the tet rahedral interstitial sites which surrounds the impurity placed al cluster (5i:l=luH4 , Si:l=lgH4 and Si:CuH4 ). In order to investigate carry out self-consistent calculations configurations. In each configuration the center o f t h e the passivation we for various atomic the f ou r hydrogen atoms were displaced symmetrically CTd) around the substitutional impurities. The systems positive charge states. were analysed This microscopic mo de l was in negative and suitable in explaining the neutralization mechanism of deep Level induced by a substitutional impurities in semiconductors.

Neste trabalho iremos apresentar a teoria autoconsistente k. p aplicada a heteroestruturas dopadas tipo-p que resolve a Hamiltoniana 6 x 6 de Luttinger-Kohn, generalizada para tratar diferentes materiais, juntamente com a equação de Poisson na representação de ondas planas. A generalização do termo de energia cinética é inserido explicitamente na Hamiltoniana de Luttinger-Kohn levando em conta os efeitos de diferentes materiais, através da inclusão de conjuntos distintos de parâmetros de Luttinger e considerando os elementos adicionais na matriz, da Hamiltoniana de Luttinger-Kohn e que não aparecem naquela para homoestruturas. O método é aplicado ao estudo pioneiro da estrutura de sub-bandas e minibandas de valência de heteroestruturas com dopagem tipo-p envolvendo semicondutores nitretos do grupo-III cúbicos. Heteroestruturas de compostos III-V derivados do GaAs também são estudadas, com o objetivo principal de testar o método generalizado e sua implementação no programa. Especificamente, iremos obter soluções auto consistentes da equação da massa efetiva de multibandas e da equação de Poisson para poços quânticos e super-redes de AlxGa1-xN/GaN e GaN/InxGal-xN na fase cúbica, bem como para heteroestruturas de GaAs/lnxGal-xAs e AlxGa1-xAs/GaAs, variando a concentração de aceitadores, o perfil de dopagem, o período da super-rede e a composição da liga x. Os efeitos de troca-correlação, dentro da aproximação da densidade local, são levados em conta para o gás de buracos bidimensional formado dentro do poço. Analisaremos os efeitos na banda de valência das heteroestruturas quando consideramos diferentes parâmetros de Luttinger (associados a materiais distintos). Mostraremos que para descrever corretamente os sistemas envolvendo nitretos é fundamental incluir a banda de split-ojJ, os efeitos de tensão devidos ao descasamento de parâmetros de rede e os efeitos de troca-correlação. Iremos verificar que quando utilizamos um conjunto de parâmetros adequados que especificam a heteroestrutura, podemos obter uma densidade alta de gás de buracos bidimensional, particularmente para os sistemas de poços quânticos e super-redes baseados nos nitretos. Apresentaremos também comparações de nossos resultados com dados experimentais obtidos de fotoluminescência para sistemas de GaN/InxGal_xN e de fotoluminescência e absorção para AlxGal-xAs/InxGal-xAs observando um bom acordo e mostrando que este trabalho serve como um guia para futuras experiências. / In this work we present a self-consistent k p theory of p-doped semiconductor heterostructures whích solves the full six-band Luttinger-Kohn Hamiltonian, generalized to treat different materials, in conjunction with the Poisson equation in a plane-wave representation. The generalization of the kinetic energy term is performed by taking into account explicitly in the Luttinger-Kohn Hamiltonian the effects of different materials through the inclusion of distinct sets of Luttinger parameters and by considering the corresponding additional Luttinger-Kohn matrix elements, not present in the one-material based homostructures. The method is applied to the pioneering study of the valence sub-bands and minibands structures of p-type doped heterostructures involving cubic nítride semiconductors of the group-III. Heterostructures of I III-V compounds derived from GaAs are also studied, with the main aím of testing the generalized method and its implementation in the programo Self-consistent solutions of the multiband effectivemass-Poisson equations are obtained for several AlxGa1-xN/GaN and GaN/InxGa1-xN quantum wells and superlattices in the cubic phase, as well as for GaAs/InxGa1-xAs and AlxGa1-xAs/GaAs heterostructures, in which acceptor doping concentration and its profile, SL period, and the alloy content x are varied. Exchange-correlation effects within the formed two-dimensional hole gas are taken into account in the local density approximation. The role played by the use of different Luttinger parameters (associated with the distinct materials) in the hole bands of the heterostructures is analyzed. The inclusion of the spin-orbit split-off band and strain, as well as the exchange-correlation effects are shown to be fundamental for the correct description of the systems. Particularly for the nitride-derived quantum wells and superlattices, it is shown that high-density twodimensional hole gases can be formed if adequate design parameters are employed. We also compare our results with the experimental data obtained from photoluminescence spectra for the GaN/InxGa1-xN and photoluminescence and absorption spectra for the AlxGal-xAs/InxGal-xAs, observing a good agreement and showing that this work can be used as a guide for future experiments.

Realizamos um estudo sistematico de impurezas de metal de transicao das series 3d, 4d e 5d em semicondutores iii-v atraves do modelo de aglomerados moleculares utilizando duas tecnicas de campo medio diferentes: espalhamento multiplo-xALFA e a aproximacao semiempirica indo. Efeito de muitos-eletrons foram introduzidos para a descricao do espectro de excitacao atraves de correlacoes de multipletos e interacao de configuracoes. Apresentamos um estudo comparativo entre os espectros obtidos a partir do calculo de interacao de configuracoes e o espectro experimental, onde observamos uma melhor concordancia entre o espectro experimental e os resultados obtidos a partir de bases mais completas. Observamos tambem, uma melhor concordancia entre o espectro experimental e os nossos resultados quando os orbitais com maior carater d apresentam-se fortemente localizados. Nossos resultados para a correcao de multipletos comparados com nossos resultados do calculo de interacao de configuracao nos mostra uma boa concordancia, quando o calculo de interacao de configuracoes e realizado apenas com os orbitais e e T IND.2 com forte carater d. No estudo envolvendo relaxacoes e distorcoes no sistema GAAS:V POT.2+, observamos um favorecimento ao estado fundamental de alto-spin, ANTPOT.4 T IND.1. / A systematical study about 3d, 4d and 5d transition metal impurities in III-V semiconductors were realized through the molecular approach using two differents mean-field techniques: Multiple Scattering-X and the semiempirical approximation INDO. Many electron effects was introduced through the multiplets corrections and the configuration interaction calculation to the excitation spectrum description. A comparative study between configuration interaction and experimental spectra is presented, where we observed a good agreement between the experimental spectrum and the results achieved from more complete basis. We also discuss the agreement of our results and the experimental study, when the orbitals with higher d-character are strongly localized. Our multiplets correction results compared with our configuration interaction results show us a good concordance when the configuration interaction calculation is realized with only e and t2 strong d-character orbitals. In the study involving relaxations and distortions in GaAs:v2+ system, we observe a favouring to the high-spin 4t1 ground-state.

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Realizamos um estudo sistematico de impurezas de metal de transicao das series 3d, 4d e 5d em semicondutores iii-v atraves do modelo de aglomerados moleculares utilizando duas tecnicas de campo medio diferentes: espalhamento multiplo-xALFA e a aproximacao semiempirica indo. Efeito de muitos-eletrons foram introduzidos para a descricao do espectro de excitacao atraves de correlacoes de multipletos e interacao de configuracoes. Apresentamos um estudo comparativo entre os espectros obtidos a partir do calculo de interacao de configuracoes e o espectro experimental, onde observamos uma melhor concordancia entre o espectro experimental e os resultados obtidos a partir de bases mais completas. Observamos tambem, uma melhor concordancia entre o espectro experimental e os nossos resultados quando os orbitais com maior carater d apresentam-se fortemente localizados. Nossos resultados para a correcao de multipletos comparados com nossos resultados do calculo de interacao de configuracao nos mostra uma boa concordancia, quando o calculo de interacao de configuracoes e realizado apenas com os orbitais e e T IND.2 com forte carater d. No estudo envolvendo relaxacoes e distorcoes no sistema GAAS:V POT.2+, observamos um favorecimento ao estado fundamental de alto-spin, ANTPOT.4 T IND.1. / A systematical study about 3d, 4d and 5d transition metal impurities in III-V semiconductors were realized through the molecular approach using two differents mean-field techniques: Multiple Scattering-X and the semiempirical approximation INDO. Many electron effects was introduced through the multiplets corrections and the configuration interaction calculation to the excitation spectrum description. A comparative study between configuration interaction and experimental spectra is presented, where we observed a good agreement between the experimental spectrum and the results achieved from more complete basis. We also discuss the agreement of our results and the experimental study, when the orbitals with higher d-character are strongly localized. Our multiplets correction results compared with our configuration interaction results show us a good concordance when the configuration interaction calculation is realized with only e and t2 strong d-character orbitals. In the study involving relaxations and distortions in GaAs:v2+ system, we observe a favouring to the high-spin 4t1 ground-state.

Este trabalho consiste no estudo da neutralização de centros associados a níveis profundos em silício, através da introdução de hidrogênio atômico no sistema. Foi utilizado o modelo de aglomerado molecular com saturação dos orbitais de superfície pela esfera de Watson dentro do formalismo do método do Espalhamento Múltiplo-X. Estudamos inicialmente as impurezas isoladas substitucionais: Si:l=lu, Si:l=lg e Si:Cu, com intuito de observarmos os efeitos causados pela introdução dos hidrogênios atômicos. Os complexos estudados envolvem quatro átomos de hidrogênio situados nos primeiros interstícios tetraédricos ao centro CSi:l=luH,, Si:l=lgH, e Si:CuH,) . Para investigar a passivação, fizemos cálculos auto consistentes para várias configurações atômicas. Em cada configuração os 4 átomos de hidrogênio foram deslocados simetricamente em torno da impureza substitucional. Para cada nova configuração, os sistemas foram também estudados nos estados de carga negativo e positivo, que representamos por CSi:XH,)- e CSi:XH,)o. O modelo microscópico proposto mostrou-se apropriado para explicar os mecanismos da neutralização de defeitos profundos em semicondutores. / In this work we study the neutralization of deep level impurities in silicon by introducing atomic hydrogen in the system. The calculations were carried out by using the Mulliple Scattering-X~ theory within the framework of lhe Watson-sphere-terminated molecular cluster model. We studied lhe substitutional isolated impurities: Si:l=lu, effects of the Si:l=lg and Si:Cu in order to investigate the incorporation of atomic hydrogen. The clusters comprise 16 silicon aloms at the regular lattice sites and 4 hydrogen atoms, at the tet rahedral interstitial sites which surrounds the impurity placed al cluster (5i:l=luH4 , Si:l=lgH4 and Si:CuH4 ). In order to investigate carry out self-consistent calculations configurations. In each configuration the center o f t h e the passivation we for various atomic the f ou r hydrogen atoms were displaced symmetrically CTd) around the substitutional impurities. The systems positive charge states. were analysed This microscopic mo de l was in negative and suitable in explaining the neutralization mechanism of deep Level induced by a substitutional impurities in semiconductors.

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