Esta tese trata da modelagem das características eletrônicas de dispositivos semicondutores baseados em contatos Schottky heterodimensionais, definidos como contatos entre um metal e um sistema de dimensionalidade reduzida. Especificamente, este trabalho concentra-se na situação em que o metal é posto em contato direto com um gás eletrônico bidimensional presente na interface de uma heterojunção empregando dopagem modulada. Dispositivos de interesse são diodos Schottky, bem como estruturas do tipo metal-semicondutor-metal (MSM). Para a característica capacitância-tensão, C-V, é desenvolvido um modelo quasi-bidimensional que apresenta excelente concordância com os resultados experimentais disponíveis. Do ponto de vista da característica corrente-tensão, I-V, é apresentado um modelo unificado, considerando tanto o mecanismo de tunelamento, quanto o de emissão termoiônica. Nossas previsões teóricas, suportadas por alguns indicativos experimentais, sugerem que, para aplicações em fotodetecção, o uso de contatos heterodimensionais, substituindo junções metal-semicondutor convencionais, pode reduzir a corrente de escuro em pelo menos uma ordem de magnitude. / This thesis deals with the modeling of the electronic characteristics of semiconductor devices based on heterodimensional Schottky contacts, defined as contacts between a metal and a reduced dimensionality system. Specifically, this work focus on the situation in which a metal is placed in direct contact with a two dimensional electron gas located at the interface of a modulation doped heterojunction. Devices of interest are Schottky diodes as well as metal-semiconductor-metal (MSM) structures. For the capacitance-voltage characteristics a quasi two-dimensional model is developed, which yields very good agreement with available experimental results. For the current-voltage characteristics a unified model is presented, considering the tunneling as well as the thermionic emission mechanisms. Our theoretical predictions, supported by a few experimental findings, suggest that, for photodetection applications, the use of heterodimensional contacts, replacing conventional metal-semiconductor junctions, can reduce the dark current by at least one order of magnitude.

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.

Utilizando a técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE), crescemos heteroestruturas tensionadas de InxGa1-xAs sobre substratos de GaAs (100). A composição de In, a espessura para a transição 2D-3D e a espessura crítica (hc) foram determinadas através da análise \"in situ\" pelo RHEED. Os valores da hc e da espessura para a transição 2D- 3D foram observadas ser funções da composição do In e da temperatura do substrato. Um estudo do efeito da desorientação do substrato de GaAs (100) de alguns graus sobre as qualidades ópticas (PL) de poços quânticos simples e múltiplos de InxGa1-xAs/GaAs também foi realizado. Microscopia eletrônica por transmissão (TEM) foi utilizada para a verificação da qualidade das interfaces dos poços quânticos de InxGa1-x/GaAs. Algumas estruturas de dupla barreira (AlGaAs/GaAs/InAs/GaAs/AlGaAs) foram crescidas e caracterizadas opticamente (PL) / InxGa1-xAs strained heterostructures were grown on GaAs (100) by Molecular Beam Epitaxy (MBE). Indium concentration (x), 2D-3D growth mode transition thickness and critical thickness (hc) were determined by \"in situ\" RHEED analysis. Hc and 2D-3D growth mode transition thickness values were verified to depend on In concentration and substrate temperature. The dependence of the InxGa1-xAs /GaAs simple and multiple quantum wells (SQW and MQW) PL optical quality on the GaAs (100) substrate misorientation was also studied. The SQW interfaces were investigated by Transmission Eletronic Microscopy (TEM). Some double-barrier structures (AlGaAs/GaAs/InAs/GaAs/AlGaAs was also grown and optically characterized

Neste trabalho e apresentado um estudo, via teoria de massa efetiva multibanda autoconsistente de heteroestruturas de semicondutores magnéticos diluídos, generalizada para incluir parâmetros de diferentes materiais. A interacao magnética e descrita por um modelo de campo médio baseado no mecanismo de troca indireta, com a possibilidade de inclusão de diferentes íons magnéticos. As equacoes de massa efetiva são resolvidas de forma autoconsistente com o auxílio da equacao de Poisson. As interacoes de spin-órbita e de troca-correlacao, na aproximacao de densidade local, são incluídas no cálculo. O método e aplicado para o estudo das estruturas de bandas e densidades de carga com separacao por spin do portador de heteroestruturas com dopagem tipo-n e tipo-p, variando a geometria dos pocos magnéticos e também o período da super-rede, as densidades de portadores e as concentracoes de íons magnéticos. Solucoes autoconsistentes da equacao de massa efetiva são encontradas para o oxido semicondutor (Zn,Co)O. Será mostrada a separacao de portadores por spin em funcao dos parâmetros variados, simulando diversas concentracoes possíveis, utilizadas em sistemas descritos na literatura, e será analisado o comportamento dos perfis de potencial. Usando os dados obtidos, um diagrama de fases será traçado com base na polarizacao total ou parcial dos portadores, e o seu comportamento será discutido. Também serão mostradas as estruturas de bandas, os perfis de potencial e as distribuicoes de carga do semicondutor (GaMn)As, variando as densidades de portadores e a direcao do campo magnético intrínseco, gerado pela dopagem com íons magnéticos. Os resultados obtidos neste trabalho podem servir de guia para futuras experiências e para o desenvolvimento de dispositivos com semicondutores magnéticos diluídos baseados em (Zn,Co)O e (Ga,Mn)As. Os métodos aqui descritos são gerais e podem ser utilizados para outros materiais. / This work presents a self-consistent multiband effective mass theory applied to diluted magnetic semiconductor heterostructures, generalized to include parameters of different ma- terials. The magnetic interaction is described by a mean-field approximation based on indirect- exchange mecanism, with the possibility of inclusion of different magnetic ions. The effective mass equations are solved self-consistently with the help of the Poisson equation. Spin-orbit and exchange-correlation interactions are included in the simulation in the local density appro- ximation. The method is used to study band structures and charge densities separated by spin in n- and p-type heterostructures. The magnetic well\'s geometry, the superlattice period, the carrier density and the magnetic ion concentration are changed. Self-consistent solutions of the effective mass equation are found for the semiconductor oxide (Zn,Co)O. Charge separation by spin will be show in function of the variation of the simulation parameters, simulating several ion concentrations and charge densities used in systems described in literature, and the potenti- als profiles will be analised. Using the data obtained a phase diagram will be plotted, based on the carrier total or partial carrier polarization, and a model for the behavior of the phase diagram will be discussed. It will also be shown band structures, potential profiles and charge densities of the (Ga,Mn)As semiconductor, varying it carrier density and the direction of the intrinsic magnetic field, generated by the magnetic ions that doped the heterostructure. The results ob- tained in this work can be used as a guide in future experiences and development of devices with diluted magnetic semiconductors based on (Zn,Co)O and (Ga,Mn)As. The methods here described are general and can be used for other materials.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nos Ãltimos anos, numerosos avanÃos alcanÃados nas tÃcnicas de crescimento de materiais deram origem à formaÃÃo de vÃrias heteroestruturas de semicondutores, onde se podem confinar elÃtrons e buracos em uma ou mais direÃÃes, atravÃs de barreiras de potencial. Muitos pesquisadores recentemente tÃm estudado estruturas de baixas dimensionalidades, tais como pontos e fios quÃnticos, devido à sua importÃncia em inÃmeras aplicaÃÃes tecnolÃgicas em dispositivos opto-eletrÃnicos como, por exemplo, LASERS, sensores biolÃgicos, diodos e transistores. Um exemplo interessante que à alvo de estudo nesse trabalho à a estrutura chamada anel quÃntico, uma estrutura de confinamento tridimensional obtida apÃs um processo de annealing no crescimento de pontos quÃnticos. No estudo das propriedades opto-eletrÃnicos de anÃis quÃnticos, à de grande importÃncia calcular os nÃveis de energia dos portadores de carga e as funÃÃes de onda a fim de analisar os autoestados do sistema. Desse modo, resolvemos a equaÃÃo de SchrÃdinger independente do tempo para elÃtrons confinados em um anel quÃntico semicondutor na presenÃa de um campo magnÃtico, perpendicular ao plano do anel, utilizando a aproximaÃÃo da massa efetiva. Sob algumas aproximaÃÃes, consideramos que o confinamento dentro da regiÃo do anel à muito forte, tal que o problema à reduzido à variÃvel angular, onde a largura e altura contribuem somente com termos constantes para a energia total. Avaliamos numÃrica e analiticamente o problema do anel na ausÃncia de qualquer forÃa externa, obtendo o Efeito Aharonov-Bohm, no qual o espectro de energia oscila periodicamente com a variaÃÃo do campo magnÃtico. Estudamos tambÃm os efeitos de potenciais perturbativos no espectro de energia de anÃis quÃnticos. Primeiramente, consideramos o caso de um potencial gerado pela aplicaÃÃo de um campo elÃtrico no plano do anel. Encontramos soluÃÃes analÃticas e numÃricas para o problema do anel com e sem um campo magnÃtico axial. Mostramos que a presenÃa de campo elÃtrico ergue a degenerescÃncia angular dos estados de energia do elÃtron, suprimindo as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm para os nÃveis mais baixos de energia. Investigamos tambÃm as influÃncias no espectro de energia devido à presenÃa de uma ou mais impurezas positivas localizadas de maneira simÃtrica e assimetricamente ao longo do anel. Para N impurezas igualmente espaÃadas, observamos as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm para os estados de menor energia e a formaÃÃo de sub-bandas de energia compostas por N estados, enquanto para sistemas assimÃtricos o efeito nÃo foi visto e os estados que formam as sub-bandas nÃo mais se cruzam. De maneira anÃloga ao caso das impurezas, vimos que a presenÃa de superredes de poÃos de potenciais quadrados acopla os estados de energia em sub-bandas, devido à simetria rotacional do anel quÃntico. Analisamos tambÃm o comportamento das 'minibandas', formadas pelos estados ligados da superrede, com relaÃÃo ao confinamento do potencial e comparamos o espectro de energia com a variaÃÃo do campo magnÃtico para um e mais poÃos quadrados. Por fim, discutimos os efeitos no espectro de energia do exciton no anel quÃntico devido à presenÃa de um campo elÃtrico e de uma impureza negativa. Mostramos que os estados de mais baixa energia do exciton nÃo oscilam quando consideramos o potencial coulombiano de interaÃÃo elÃtron-buraco, mas a presenÃa de uma impureza em certas localizaÃÃes ergue as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm, que podem ser suprimidas pela adiÃÃo do campo elÃtrico no plano do anel. Expomos assim o comportamento instÃvel das oscilaÃÃes nas energias excitÃnicas na presenÃa de perturbaÃÃes.

Neste trabalho, apresentamos os resultados de estudos com poços quânticos parabólicos (PQW, Parabolic Quantum Well ) de AlGaAs crescidos sobre substratos de GaAs pela técnica de epitaxia por feixe molecular. Medidas de transporte em PQWs do tipo n e do tipo p com larguras de 1000 ºA ate 4000 ºA em baixas temperaturas indicam um aumento abrupto do coeficiente Hall para um campo magnético critico de aproximadamente 3 T. Nosso estudo concentra-se na interpretação deste aumento observado. Com este propósito, estudamos através de cálculos autoconsistentes e de aproximações anal¶³ticas o processo de transferência de cargas em amostras com PQWs. Determinamos as densidades superficiais de cargas ns e ps, e comparamos estes resultados com os obtidos experimentalmente. Verificamos que os melhores resultados para a densidade de cargas (ns) s~ao aqueles determinados pelos cálculos autoconsistentes. No entanto, as aproximações analíticas se mostram importantes para descrever de forma qualitativa os resultados experimentais para amostras do tipo p. Numa segunda parte do nosso trabalho, estudamos a influencia da aplicação de campos magnéticos ao longo da direção de crescimento nas amostras com PQWs. Observamos uma diminuição na largura de densidade de cargas n(z) e do potencial total V (z). Estes resultados em combinação com o processo de transferência de cargas, levam a uma diminuição da densidade de portadores no poço, produto da redistribuição das cargas entre o poço e as camadas com dopagem de silencio. Desta forma, atribuímos o aumento no coeficiente Hall como sendo oriundo de uma diminuição da densidade de cargas dentro do PQW. / We present the results of experiments and calculations done on AlGaAs Parabolic Quantum Wells (PQWs) grown on GaAs by molecular beam epitaxial tecniques. Transport measurements in n-type and p-type samples with widths between 1000 ºA and 4000 ºA at low temperatures indicate an abrupt increase of the Hall coeficient at a critical field B ¼ 3 T. Our study focuses on the interpretation of this observed increase. To this end, we study by means of self-consistent numerical simulations and analytical approximations the charge transfer process in PQWs. We compare our results for the sheet densities with those observed experimentally. The best results are obtained for n-type samples for which we could numerical simulations. However, the analytical expressions we obtained also describe qualitatively the experimental results, and can be applied to p-type samples. In the second part of this work we study the efect of a magnetic feld applied perpendicular to the well. The simulations indicate a diminishing of the charge density and the total potential in the well. These results, combined with the charge transfer process, lead to a redistribution of charge between the well and the dopant layers. Therefore, we interpret the observed increase of the Hall coefcient as the result of a depletion of charge in the parabolic quantum well.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-07T19:30:35Z No. of bitstreams: 1 alisonarantesgoncalves.pdf: 3160281 bytes, checksum: b3f8a1585b5f5884a5571e6857646b8b (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-26T17:46:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alisonarantesgoncalves.pdf: 3160281 bytes, checksum: b3f8a1585b5f5884a5571e6857646b8b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T17:46:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alisonarantesgoncalves.pdf: 3160281 bytes, checksum: b3f8a1585b5f5884a5571e6857646b8b (MD5) Previous issue date: 2012-03-08 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresentamos uma teoria para obtenção da seção de choque de espalhamento inelástico de luz, espalhamento Raman, a temperatura de T = OK em um gás de elétrons quasi-bidimensional formado pela heteroestrutura semicondutora de A1GaAs-GaAs dopada seletivamente. Os cálculos de estrutura eletrônica foram baseados na Teoria do Funcional Densidade dentro da aproximação de densidade local. Os cálculos para a seção de choque foram realizados em geometria de retroespalhamento e em regime de ressonância do laser incidente com o gap ótico de spin-órbita do GaAs. Estudamos os mecanismos de excitações de densidade de carga e excitações de densidade de spin. Os resultados obtidos foram [1]: 1) a observação do colapso do termo de Hartree nas excitações de densidade de carga para baixas densidades, observado experimentalmente por Ernst et al. [2]; 2) a observação de um cruzamento anômalo entre as excitações de densidade de carga e densidade de spin, em virtude dos funcionais de exchange-correlação. Este efeito constitui um teste de validade para as parametrizações adotadas; 3) a predição da existência de excitações de mais alta energia, ainda não observadas experimentalmente. Finalmente, demonstramos que o formalismo desenvolvido permite mapear as excitações eletrônicas na teoria BCS. / We present a theory for obtaining the inelastic light scattering cross section, Raman scattering, at T = OK temperature in a quasi-bidimensional electron gas formed by the GaAs-A1GaAs semiconductor heterostructure doped selectively. The electronic structure calculations were based on Density Functional Theory within the local density approximation. The calculations for the cross section were performed in backscattering geometry and resonant regime of the incident laser with the spin-orbit optical gap of GaAs . We study charge density excitations mechanism and spin density excitations mechanism. Our results were as follows [1] 1) the observation of the collapse of the Hartree term in the charge density excitation for low densities, observed experimentally by Ernst et al. [2], 2) the observation of an anomalous cross between charge density and spin density excitations, due to the exchange-correlation functional. This effect is a validity test for the adopted parameterizations; 3) the prediction of the existence of excitations of higher energy, not yet observed experimentally. Finally, we demonstrate that the formalism developed enables mapping the electronic excitations in the BCS theory, which describes the normal superconducting state.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Using the formalism of Density Functional Theory with spin polarization and the Generalized Gradient Approximation for exchange and correlation term, we studied the stability and electronic properties of substitutional impurities of C, Si and Ge in GaN, AlN and InN nanowires and the variation of the band offset with the diameter variation in AlN/GaN nanowires heterojunctions. For the study of substitutional impurities we use AlN, GaN and InN nanowires in the wurtzite phase with diameter of 14.47 Å, 14.7 Å and 16.5 Å, respectively. For the study of variation of the band offset with the diameter of the nanostructure, we use nanowires in the wurtzite phase with a mean diameter ranging from 0.99 nm to 2.7 nm and the zinc blende phase with an average diameter ranging from 0.75 nm to 2.1 nm. The electronic structure calculations show that of GaN, AlN and InN nanowires are semiconductors with direct band gap at point Γ. To study the substitutional impurities, we consider that the impurity can occupy the cation or anion sites in non-equivalent positions that are distributed from the center to the surface of the nanowire. For the C impurities, in GaN nanowires, we find that when the C atom is substituted in the N site, it will be uniformly distributed along the diameter of the nanowire. When substituted at the Ga site, it will be preferably find on the surface of the nanowire. In this case, the formation energy of CGa is almost identical to the CN, thus can occur formation of the auto-compensed CN-CGa pair. In AlN nanowires, when the C atom occupying the N site, it is also observed an almost uniform distribution along the diameter of the nanowire with a small preference (less energy formation) to the surface sites. Since the formation energy of the CN is lower than CAl in all regions of the nanowires, taking thus more likely to form CN. For InN nanowires, in the center sites, the formation energy of the CN and CIn is very similar, and the CN will have a uniform distribution along the diameter, but on the surface of the CIn is more stable and band structure show that this configuration has shallow donor levels. For Ge substitutional impurities in GaN nanowires, we observed that the center of the nanowire, the Ge atom is more likely to be found located in the Ga site, but in surface to find the most likely of N site, this being the most stable configuration. For AlN nanowires, the center of nanowire is possible to find the Ge atom at the N or Al sites, as the formation energy is practically the same. On the surface the more likely it is to find the Ge atom of the N site, which also is the most stable configuration. As for InN nanowires, the Ge atom will be found preferably at the In site with uniform distribution along the diameter of the nanowire. Analyzing the band structure of GeIn observed shallow donor levels. For the Si substitutional impurities, we obtain that in GaN and InN nanowires of the most stable configuration, the Si atom is to be found at the cation (Ga and In) sites in the central sites of the nanowire and analyzing the band structure of SiGa and SiIn, we also observed shalow donor levels. However, for AlN nanowires in the centerof the nanowire is greater the probability of finding the Si atom at the Al site, but the surface is greater the probability of finding the Si atom at the N site which is the most stable configuration. Finally, we analyze the variation of the band offset to the change in diameter of the nanowires forming the heterostructure. We consider heterostructure on yhe wurtzite and zinc blende phases, therefore during the synthesis the two phases are obtained. We found that the result is similar for the two phases and the extent that the diameter increases the value of the band offset also increases, tending to the value obtained for the bulk. / Usando o formalismo da Teoria do Funcional da Densidade com polarização de spin e a aproximação do gradiente generalizado para o termo de troca e correlação, estudamos a estabilidade e as propriedades eletrônicas de impurezas substitucionais de C, Si e Ge em nanofios de GaN, AlN e InN e a variação do band offset com o diâmetro em heteroestruturas da nanofios AlN/GaN. Para o estudo de impurezas substitucionais utilizamos nanofios de AlN, GaN e InN na fase da wurtzita e com diâmetros de 14,47 Å, 14,7 Å e 16,5 Å, respectivamente. Já para o estudo da variação do band offset com o diâmetro da nanoestrutura, utilizamos nanofios que formam a heteroestrutura na fase wurtzita com diâmetro médio variando 0,99 nm até 2,7 nm e na fase blenda de zinco com diâmetro médio variando de 0,75 nm até 2,1 nm. Os cálculos de estrutura eletrônica apresentam que os nanofios de AlN, GaN e InN são semicondutores com gap direto no ponto Γ. Para o estudo das impurezas substitucionais, consideramos que a impureza pode ocupar o sítio do cátion ou do aniôn, em posições não equivalentes que estão distribuídas do centro até a superfície do nanofio. Para a impureza de C, em nanofios de GaN, obtemos que, quando o átomo de C for substituído no sítio do N, o mesmo vai estar distribuído uniformemente ao longo do diâmetro do nanofio. Já quando substituído no sítio do gálio, o mesmo vai ser encontrado preferencialmente na superfície do nanofio, sendo que, na superfície do nanofio a energia do formação do CGa é praticamente a mesma do CN, assim pode ocorre a formação de pares autocompensados CN-CGa. Em nanofios de AlN, quando o átomo de C ocupar o sítio do N, também vai ter uma distribuição quase uniforme ao longo do diâmetro do nanofio com uma pequena preferência (menor energia de formação) para os sítios da superfície. Sendo que a energia de formação do CN é menor que do CAl em todas as regiões do nanofios, tendo assim, probabilidade maior de formar CN. Para nanofios de InN, nos sítios do centro, a energia de formação do CN e CIn é muito próxima, sendo que o CN vai ter distribuição uniforme ao longo do diâmetro, mas na superfície o CIn ser torna mais estável e a estrutura de bandas mostra que esta configuração apresenta níveis doadores rasos. Para impurezas substitucionais de Ge, em nanofios de GaN, observamos que no centro do nanofio, o átomo de Ge tem uma probabilidade maior de ser encontrado no síto do Ga, mas nos sítios da superfície a probabilidade é maior de encontrar no sítio do N, sendo essa a configuração mais estável. Para nanofios de AlN, no centro do nanofio, é possível encontrar o átomo de Ge no sítio do N ou Al, já que a energia de formação é práticamente a mesma. Na superfície a probabilidade maior é de encontrar o átomo de Ge no sítio do N, sendo, também, esta a configuração mais estável. Já para nanofios de InN, o átomo de Ge vai ser encontrado preferencialmente no sítio do In com distribuição uniforme ao longo do diâmetro do nanofio. Analisando a estrutura de bandas do GeIn observamos níveis doadores rasos. Para a impureza substitucional de Si, obtemos que em nanofios de GaN e InN a configuração mais estável, é o Si ser encontrado no sítio do cátion (Ga ou In) nos sítios centrais do nanofio e analizando a estrutura de bandas do SiGa e do SiIn, também observamos níveis doadores rasos. Entratanto, para nanofios de AlN, no centro do nanofio a probabilidade é maior de encontrar o átomo de Si no sítio do Al, mas na superfície a probabilidade é maior de encontrar o átomo de Si no sítio do N, sendo esta a configuração mais estável. Por fim, analisamos a variação do band offset com a variação do diâmetro do nanofios que forma a heteroestrutura. Consideramos heteroestruturas na fase wurtzita e blenda de zinco, pois nos processos de síntese as duas fases são obtidas. Observamos que o resultado é similar para as dias fases e, a medida, que o diâmetro aumenta o valor do band offset também aumenta, tendendo para o valor obtido para o cristal.

Orientador: José Antônio Brum / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-28T23:45:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andriolo_HelderFaria_M.pdf: 2066347 bytes, checksum: c0835c5528aa09df816a2dfb45249e5f (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Nesse trabalho estudamos um sistema de GaAs/In_{0.27}Ga_{0.73} As/Al_{0.3}Ga_{0.7}As, intencionalmente dopado com material do tipo-n, em que ocorre a transferência de elétrons, provenientes da dopagem, para o poço quântico de In_{0.27}Ga_{0.73}As, formando um gás de elétrons bidimensional no poço. A seguir o efeito da introdução de pontos quânticos auto-organizados de InAs na estrutura foi analisado. Nossos resultados mostram uma pequena mudança no perfil de potencial da estrutura. O que ocorre após a introdução dos pontos quânticos é, basicamente, uma redistribuição dos elétrons, que agora passam a ocupar o poço quântico e o ponto quântico. Estudamos também as propriedades ópticas, espectros de absorção e emissão, de pontos quânticos acoplados com gás de portadores. Para isso foi necessário estabelecer um método na qual discretizamos o contínuo de níveis energéticos do gás de portadores (elétrons), o método através da cadeia de Wilson foi o utilizado nos cálculos, embora outros dois métodos também tenham sido mostrados. Introduzimos, por fim, um íon de manganês no centro do ponto quântico e calculamos espectros de emissão desse sistema com os níveis do gás elétrons discretizados através da cadeia de Wilson / Abstract: In this work, we study a GaAs/In_{0.27}Ga_{0.73}As/Al_{0.3} Ga_{0.7}As system intentionally doped n-type material, which occurs a transfer of electrons from the doping into In_{0.27}Ga_{0.73}As quantum well, forming a two-dimensional electron gas in the well. Next, the effect of introducing self-assembled InAs quantum dots in the structure was analyzed. Our results show little change in potential profile of the structure. What happens after the introduction of quantum dots is basically a redistribution of electrons, that now occupy the quantum well and quantum dot. We also studied the optical properties, absorption and emission, of quantum dots coupled with carrier gas. This required establishing a method in which discretize the continuous energy levels of the carrier gas (electrons), the method by Wilson chain was used in the calculations, although other two methods also have been shown. Introduced, finally, a manganese ion in the center of the quantum dot, and we calculated emission spectra of this system, with the electron gas levels discretized by Wilson chain / Mestrado / Física / Mestre em Física / 131432/2013 / 2013/25371-1 / CNPQ / FAPESP

Orientador: Leinig Antônio Perazolli / Resumo: O presente trabalho buscou desenvolver fotocatalisadores cerâmicos por meio da produção de heterojunções inovadoras à base de SrTiO3, TiO2 e CaO, que tiveram suas fotoatividades avaliadas pela descoloração do corante Rodamina B (RhB) e pela obtenção de biodiesel, utilizando luz ultravioleta. As amostras TiO2, CaO e SrTiO3 foram obtidas pelo método de precursores poliméricos, método Pechini, e as heterojunções TiO2/SrTiO3, CaO/SrTiO3 e CaO/CaTiO3 foram preparados por rota sol-gel. Após síntese e tratamento térmico, as amostras foram caracterizadas por difração de Raios-X (DRX) para verificar as fases cristalinas formadas, por espectroscopia de infravermelho com transformada de fourier (FT-IR) e termogravimetria/análise térmica diferencial (TG/DTA) para verificar e quantificar a formação de CaCO3 e Ca(OH)2, por espectroscopia de refletância difusa (UV/Vis/NIR DRS) para determinar a energia de band gap, por Brunauer, Emmett e Teller (B.E.T.) para determinar a área específica, por microscopia eletrônica de varredura acoplada a espectroscopia de energia dispersiva de Raios-X (FE-SEMEDS) para estimar o tamanho das partículas, sua morfologia e composição elementar, por espectroscopia de fotoelétrons excitados por Raios-X (XPS) para conhecer a composição elementar presente na superfície da amostra e seus estados de oxidação, por espectroscopia de fotoluminescência (PL) para verificar a formação de defeitos estruturais, por microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTE... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The present work aimed to develop ceramic photocatalysts through the production of innovative SrTiO3, TiO2 and CaO based heterojunctions, which had their photoactivities evaluated by the discoloration of Rhodamine B (RhB) dye and by obtaining biodiesel using UV light. TiO2, CaO and SrTiO3 samples were obtained by polymeric precursor method, Pechini method, and TiO2/SrTiO3, CaO/SrTiO3 and CaO/CaTiO3 heterojunctions were prepared by sol-gel route. After synthesis and heat treatment, the samples were characterized by X-ray diffraction (XRD) to verify the crystalline phases formed, fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and thermogravimetry/differential thermal analysis (TG/DTA) to verify and quantify the formation of CaCO3 and Ca(OH)2, diffuse reflectance spectroscopy (UV/Vis/NIR DRS) to determine band gap energy, Brunauer, Emmett e Teller (B.E.T.) to determine specific area, field emission scanning electron microscopy coupled X-ray dispersive energy spectroscopy (FE-SEM-EDS) to estimate particle size, morphology and elemental composition, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to know the elemental composition present on the sample surface and oxidation states, photoluminescence spectroscopy (PL) to verify the formation structural defects, high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) to confirm the formation of heterojunction. Rhodamine B discoloration was measured by UV/Vis molecular absorption spectroscopy and the conversion of oil to biodiesel was analyz... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor