In der vorliegenden Arbeit wurde ausgedehntes Si_1−x Ge_x für unterschiedliche Zusammensetzungen 0 ≤ x ≤ 1 untersucht. Die Untersuchungen basierten auf der DFT, wobei das Programm QuantumATK 18.06 zum Einsatz kam. Für die Korrektur der Bandlücke wurden empirische Pseudopotential Projektor Shifts verwendet [34]. Für jede untersuchte Zusammensetzung wurden 500 zufällig generierte Konfigurationen der 64-atomigen Superzelle berechnet und statistisch ausgewertet. Nach der Optimierung der Struktur erfolgte die Auswertung der Bandlücke indem über äquivalente Pfade in der Brillouinzone gemittelt wurde. Zusätzlich wurden nach dieser Art auch kleine Anteile an C untersucht. Die Ergebnisse der Berechnungen zeigen für die Bildungsenergie der Mischstrukturen positive Werte mit einem Maximum bei mittleren Zusammensetzungen. Zur Stabilitätsuntersuchung der Legierungen wurde die Gibbs-Energie berechnet. Es ergeben sich negative Werte, was die Stabilität von SiGe bestätigt. Die berechnete Gitterkonstante der relaxierten Strukturen zeigt eine leichte Überschätzung der experimentellen Werte. Die ermittelten Bandlücken reproduzieren den Übergang von Si-artigen zu Ge-artigen Bandlücken bei x = 0.85. Die Werte der Bandlücke zeigen eine gute Übereinstimmung mit dem Experiment. Aus den statistischen Untersuchungen wird deutlich, dass sowohl Bildungsenergie als auch Bandlücke Variationen von 10 % und mehr aufweisen. Es zeigt sich dadurch ein nicht zu vernachlässigender Unterschied zwischen verschie denen Konfigurationen der Superzelle, die alle eine Legierung mit gleicher Zusammensetzung beschreiben. Wird in die Strukturen Kohlenstoff eingebracht, so vergrößern sich die Variationen mit steigendem C-Anteil. Für die betrachteten kleine C-Anteile zeigt sich eine Erhöhung der Bildungsenergie und einer Verkleinerung der Gitterkonstante und der Bandlücke. Es wird deutlich, dass bereits wenig C einen Einfluss auf die wichtigen Eigenschaften der Legierung hat und für genaue Simulationen berücksichtigt werden muss. Wie die Ergebnisse zeigen, spielt die spezielle Konfiguration von Strukturen im nm-Bereich eine wichtige Rolle. Aus diesem Grund wurde im zweiten Teil der Arbeit ein Ge-Profil nachgebildet, wie es in der Basis von HBTs vorkommt. Die Ergebnisse zeigen eine Verkleinerung der Bandlücke im SiGe-Bereich, welche im Wesentlichen durch zusätzliche Valenzzustände hervorgerufen wird. Diese Zustände sind in die z-Richtung lokalisiert. Die Leitungsbandkante bleibt von der SiGe-Region nahezu unbeeinflusst. Die Vergrößerung der SiGe-Region verkleinert die Bandlücke.:Abkürzungsverzeichnis - 5 1 Motivation - 6 2 Theoretische Grundlagen der Dichtefunktionaltheorie - 8 2.1 Quantenmechanische Vielteilchensysteme - 8 2.2 Hohenberg-Kohn-Theoreme - 9 2.3 Austausch-Korrelations-Funktional und Kohn-Sham-Gleichung - 10 3 Siliziumgermanium - 12 3.1 Kristallstruktur und Gitterkonstante - 12 3.2 Bandstruktur - 13 3.2.1 Bandstruktur von Si und Ge - 13 3.2.2 Bandlücke von SiGe - 14 3.2.3 Bandlücke von SiGe:C - 15 4 Modellierung und Methoden - 16 4.1 Modellzellen - 16 4.1.1 8-atomige konventionelle Einheitszelle - 16 4.1.2 64-atomige Superzelle - 17 4.2 Bildungsenergie und Stabilität von Legierungen - 20 4.2.1 Gibbs-Energie - 21 4.3 Faltung der Bandstruktur - 22 4.4 Korrektur und Ermittlung der Bandlücke - 24 4.4.1 Korrektur der Bandlücke - 24 4.4.2 Bestimmung der Bandlücke von ungeordneten Legierungen - 26 4.5 Berechnungsverfahren der Kristallstrukturen - 28 5 Ergebnisse und Auswertung - 29 5.1 Gitterkonstante - 29 5.2 Bildungsenergie und Änderung der Gibbs-Energie - 32 5.3 Bandlücke - 36 5.3.1 Leitungsbandminimum - 38 5.3.2 Bildungsenergie - 40 5.4 Bandstruktur - 42 6 Anwendung für die Basis von HBTs - 44 6.1 Modellierung - 45 6.2 Ergebnisse - 46 7 Zusammenfassung und Ausblick Literatur - 49 Danksagung - 53 Selbstständigkeitserklärung - 54

Cette thèse présente une étude modélisatrice de différentes familles d'intermétalliques et de leurs hydrures qui présentent un intérêt à la fois fondamental et appliqué. Deux méthodes complémentaires construites au sein de la théorie de la fonctionnelle densité (DFT) ont été choisies : d'une part celle à base de pseudo potentiels (VASP) pour l'optimisation géométrique, la recherche structurale et la cartographie de localisation électronique (ELF), d'autre part celle de type "tous-électrons" (ASW), pour une description détaillée de la structure électronique, des propriétés de liaison chimique suivant différents schémas et des quantités impliquant les électrons de c\oe ur comme le champ hyperfin. Un accent particulier est mis sur les rôles compétitifs des effets magnétovolumiques par rapport à ceux chimiques (liaison métal-H) dans les phases hydrurées, binaires de Laves (ex. ScFe2) et de Haucke (ex. LaNi5) et ternaires à base de cérium (ex. CeRhSn) et d'uranium (ex. U2Ni2Sn). / This thesis presents an ab initio study of several classes of intermetallics and their hydrides. These compounds are interesting from both a fundamental and an applied points of view. To achieve this aim two complementary methods, constructed within the DFT, were chosen : (i) pseudo potential based VASP for geometry optimization, structural investigations and electron localization mapping (ELF), and (ii) all-electrons ASW method for a detailed description of the electronic structure, chemical bonding properties following different schemes as well as quantities depending on core electrons such as the hyperfine field. A special interest is given with respect to the interplay between magnetovolume and chemical interactions (metal-H) effects within the following hydrided systems : binary Laves (e.g. ScFe2) and Haucke (e.g. LaNi5) phases on one hand, and ternary cerium based (e.g. CeRhSn) and uranium based (e.g. U2Ni2Sn) alloys on the other hand.

Die elektrischen Mikrofeldverteilungen (EMDs) und ihre Auswüchse wurden in einkomponentiger (OCP) Elektron-, zweikomponentigen (TCP) Elektron-Positron-, Wasserstoff- und einwertig ionisierten Alkaliplasmen im Rahmen verschiedener Pseudopotentialmodelle (PM) untersucht und mit sowohl Molekulardynamik (MD) und Monte-Carlo Simulationen als auch mit Experimenten vergliechen. Die verwendeten theoretischen Verfahren zur Berechnung von EMDs gehen zurück auf die von C. A. Iglesias entwickelte Kopplungsparameter Integrationstechnik (KPIT) für OCP und die von J. Ortner et al. vorgeschlagene verallgemeinerte KPIT für TCP. EMDs wurden im Rahmen der abgeschirmten Kelbg-, Deutsch-, Hellmann-Gurskii-Krasko(HGK)-PM untersucht, welche quantenmechanische Effekte, Abschirmungseffekte und die Struktur der Ionenrümpfe (HGK) berücksichtigen. Die Abschirmungseffekte wurden auf Grundlage der Bogoljubov-Born-Green-Kirkwood-Yvon- Methode eingeführt. Wir haben das abgeschirmte HGK-Pseudopotential in der Debye-Näherung sowie in einer mäßig gekoppelten Plasma-Näherung verwendet. Wir haben verschiedene Typen vom asymptotischen Verhalten der Verteilungsauswüchse in Abhangigheit von Plasmaparameter, Plasmatypen und Strahler bestimmt. Der Vergleich der experimentell gewonnenen Daten mit sowohl einem synthetischen Li2+-Lyman-Spektrum als auch mit einer synthetischen Li II 548 nm Linie lassen den Schluss zu, daß die EMD, welche auf der Grundlage der Iglesias-Methode für OCP im HGK-PM und der MD erhalten wurde, eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Werten liefert. Die statischen partiellen und Ladung-Ladung-Strukturfaktoren (SSF) wurden für Alkali- und Be2+-Plasmen unter Verwendung der von G. Gregori et al. beschriebenen Methode berechnet. Die dynamischen Strukturfaktoren (DSF) für Alkaliplasmen wurden unter Verwendung der durch V. M. Adamyan et al. entwickelten Methode der Momente berechnet. Bei beiden Methoden wurde das abgeschirmte HGK-Pseudopotential verwendet. / The electric microfield distributions (EMDs) and its tails have been studied for electron one-component plasma (OCP), electron-positron, hydrogen and single-ionized alkali two-component plasmas (TCP) in a frame of different pseudopotential models (PM) and compared with Molecular Dynamics (MD) and Monte-Carlo simulations as well as with experiments. The theoretical methods used for calculation of EMDs are a coupling-parameter integration technique (CPIT) developed by C. A. Iglesias for OCP and the generalized CPIT proposed by J. Ortner et al. for TCP. We studied the EMDs in a frame of the screened Kelbg, Deutsch, Hellmann-Gurskii-Krasko (HGK) PMs which take into account quantum-mechanical, screening effects and the ion shell structure (HGK) due to the Pauli exclusion principle. The screening effects were introduced on a base of Bogoljubov-Born-Green-Kirkwood-Yvon method. We used the screened HGK pseudopotential in the Debye approximation as well as in a moderately coupled plasma approximation. The influence of the plasma coupling parameter on the EMD along with the ion shell structure was investigated. We determined different types of asymptotic behaviour of EMD tails in dependence on the plasma type, parameters and radiator. Comparison of a synthetic Li2+ Lyman spectrum as well as comparison of a synthetic Li II 548 nm line with experimental data allows us to conclude that the EMD, obtained on a base of the CPIT method for OCP within the HGK PM and MD, provides a good agreement with the experiment. We have calculated the partial and charge-charge static structure factors (SSF) for alkali and Be2+ plasmas using the method described by G. Gregori et al.. We have calculated the dynamic structure factors (DSF) for alkali plasmas using the method of moments developed by V. M. Adamyan et al. In both methods the screened HGK pseudopotential has been used.