Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The stability and electronic properties of antisities, vacancies and substitutional Si and C impurities in
GaN nanotubes are studied using spin-polarized density functional theory within the local density approximation
(LDA) to the exchange-correlation functional. We investigated these defects in both nanotubes the zigzag (10,0)and the armchair (6,6), which have 10.4 and 11.2 Å in diameter, respectively. These nanotubes are semiconductors and energetically metastable with respect to the GaN bulk phase, the zigzag have a direct band gap while the armchair an indirect one. Our results show that antisities have lower formation energies in nanotubes as compared with the bulk GaN. For both chiralities, the NGa antisities introduce an occupied level and GaN antisities an empty and two occupied levels within the band gap. For nitrogen vacancies (VN), in the equilibrium geometry, two Ga atoms have their bonds reconstructed forming a pentagon and the other Ga atom remain with a dangling bond. In the
minimum energy configuration, the gallium vacancy (VGa) have a more complex reconstruction: two N atoms
have their bonds reconstructed forming a N −N dimer and the other N atom bonds to a Ga atom nearest neighbor
to the VGa site that moves in direction to the empty site (vacancy). Vacancies are energeticaly less favorable
as compared with antisities and the defective level into the band gap present a spin splitting giving rise to a net
magnectic moment of 1 μB. Substitutional C and Si impurities have the lowest formation energy between the
studied defects, being negative for Si in a Ga site. For the impurities in a N site (SiN and CN) a deep acceptor
level with a spin splitting around 0.8 eV is observed. The impurities in a Ga site (SiGa and CGa) exhibit donor
properties, suggesting the formation of defect-induced n-type GaN nanotubes. / Usando o formalismo do funcional da densidade com polarização de spin e a aproximação da densidade
local para o termo de troca-correlação, estudamos a estabilidade e as propriedades eletrônicas de defeitos do tipo
antisítios, vacâncias e impureza substitucional de C e Si em nanotubos de GaN. Investigamos esses defeitos em
dois nanotubos; no nanotubo zigzag (10,0) com diâmetro de 10,4 Å e no nanotubo armchair (6,6) com diâmetro
de 11,2 Å. Os cálculos de energia total apresentam que estes nanotubos são energeticamente metaestáveis, com
respeito a fase cristalina do GaN. Os cálculos de estrutura eletrônica apresentam que são semicondutores, onde o
nanotubo zigzag possui gap direto e o armchair indireto.
Obtivemos que os antisítios possuem energia de formação mais baixa em nanotubos com relação aos respectivos
defeitos no cristal de GaN e observamos que para ambas as quiralidades o antisítio NGa origina um nível
ocupado no gap e o antisítio GaN um vazio e dois ocupados. Para a vacância de nitrogênio (VN) na geometria de
equilíbrio duas das três ligações pendentes recombinam-se formando um pentágono e um átomo permanece com
uma ligação pendente. Na configuração de mínima energia para a vacância de gálio (VGa) obtivemos que dois
átomos de N formam um dímero N − N enquanto que o terceiro liga-se a um átomo de Ga segundo vizinho ao
átomo que foi removido, que passa a ficar tetracoordenado. Energeticamente as vacâncias são menos favoráveis
que os antisítios (energia de formação mais alta) e com relação as propriedades eletrônicas, os níveis de defeito
apresentam um desdobramento de spin dando origem a um momento magnético de 1μB. Impurezas apresentam
as menores energia de formação em relação aos defeitos estudados e os resultados da estrutura eletrônica apresentam
que quando as impurezas estão substitucionais a um átomo de N (SiN e CN) temos um nível aceitador e
profundo, apresentando uma separação de spin em torno de 0,8 eV. No caso da impureza estar substitucional a um
átomo de Ga (SiGa e CGa) temos a formação de um nível doador e raso, indicando a possibilidade de obtermos
semicondutores do tipo n através de dopagem.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/9180 |
| Date | 05 March 2008 |
| Creators | Colussi, Marcio Luiz |
| Contributors | Baierle, Rogério José, Mombach, Jose Carlos Merino |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Física, UFSM, BR, Física |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 100500000006, 400, 500, 500, 500, b9eaf9d0-56e3-4101-a0a4-9cdee08d2a3a, 30451581-01f2-4c6c-b40e-a769457f0455, e02b7066-ca5e-408f-be88-7c502b57996a |
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