MELO, Heitor Alves de. Propriedades eletrônicas de pontos quânticos contendo muitos elétrons. 2010. 75 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-04T17:47:42Z
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Previous issue date: 2010 / This work investigates the electronic properties of semiconductor quantum dots in which there are many electrons confined. In particular, we study Si and Ge quantum dots embedded in dielectric matrices (SiO2 e HfO2). The theoretical method used to calculate the total energy of N electrons confined in quantum dots is based on a simplified version of the Hartree-Fock method. In this model, the total energy is obtained from single-particle wavefunctions and eigen-energies. The obtained results show that the total energy in Ge quantum dots are always larger than in Si ones. The reason is the smaller electron e effective mass in Ge, which raises the energies of the confined states. As for the role of the dielectric matrix, the total energy is always larger for SiO2 than for HfO2. Physically, this e effect is caused by the fact that SiO2 has larger confinement barriers (3.2 eV) than HfO2(1.5 eV). Smaller barriers favor larger spatial extent of the wavefunctions, decreasing the repulsion energy of the confined electrons. The chemical potential and additional energy was also calculated as function of the number of confined electrons. It was observed that the chemical potential of Ge quantum dots are always larger than Si ones, but the role of the dielectric matrix is inverted. The chemical potential for HfO2 is larger than for SiO2. With respect to the additional energy, we observed that this quantity strongly oscillates within the range 0 to 0.4 eV for cases. If one takes into account that the Coulomb blockade phenomena is only observed for additional energies much larger the thermal energy (of the order of 3/2kBT), this phenomena can only be observed for the case where there are only a few electrons confined in the quantum dots. / Este trabalho dedica-se ao estudo das propriedades eletrônicas de pontos quânticos semicondutores contendo muitos elétrons confinados. Em particular, serão investigados semicondutores contendo muitos elétrons confinados. Em particular, serão investigados pontos quânticos de Si e Ge imersos em matrizes dielétricas (SiO2 e HfO2). O método teórico utilizado para calcular a energia total de um sistema de N elétrons confinados baseia-se numa versão simplificada do método de Hartree-Fock. Neste modelo a energia total e calculada a partir das funções de onda e estados de energia de uma única partícula Os resultados obtidos mostram que a energia total em pontos quânticos de Ge são em geral maiores que em pontos quânticos de Si, independentemente do número de elétrons confinados. Isto acontece devido a massa efetiva menor dos elétrons no Ge que aumentam as energia de confinamento. Em relação ao papel das barreiras dielétricas, a energia total é sempre maior nos casos em que o ponto quântico está envolvido por SiO2. Fisicamente, isto se deve ao fato de que a barreira de confinamento do SiO2 (3.2 eV) é maior que a do HfO2 (1.5 eV). Barreiras mais baixas favorecem o aumento da extensão espacial das funções de onda, reduzindo a repulsão coulombiana dos elétrons confinados. Calculou se também o potencial químico dos pontos quânticos em função do número de elétrons confinados, e a energia adicional necessária para aprisionar mais um elétron nos pontos quânticos. Verificou-se que o potencial químico dos pontos quânticos de Ge são sempre maiores que nos de Si, por em o potencial químico para pontos quânticos envoltos em HfO2 são sempre maiores que no caso do SiO2. Em relação a energia adicional, observa-se que esta quantidade apresenta fortes oscilações e que varia entre 0 e 0.4 eV para todos os casos estudados. Se levarmos em conta que o fenômeno conhecido como bloqueio de Coulomb acontece quando a energia adicional é muito maior que a energia térmica (da ordem de 3=2kBT), este fenômeno são será observado quando houver poucos elétrons confinados nos pontos quânticos.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufc.br:riufc/11916 |
| Date | January 2010 |
| Creators | Melo, Heitor Alves de |
| Contributors | Sousa, Jeanlex Soares de |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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