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Propriedades eletrônicas, mecânicas, óticas e de oxidação

1 Workshop 20 anos CENAPAD

Propriedades alteradas devido a redução de dimensionalidade Confinamento quântico Efeitos de superfície


Engenharia de Dispositivos

Nature Materials 2, 517 (2003) Phys. Rev. B 73, 235409 (2006)

Maior flexibilidade em combinar materiais Redução de tensão via relaxação lateral

Menor limitação devido a descasamentos de rede (deslocações) Maiores espessura crítica


Superação de limites operacionais em materiais bulk

Ação em dispositivos como: Conectores Elementos ativos


Miniaturização e integração

Nature 488, 189 (2012) http://www.nanoelectronics.ch/research/cryolab.php


Vertical high-mobility wrap-gated InAs nanowire transistor

High Electron Mobility InAs Nanowire Field-Effect Transistors

Electron transport in InAs nanowires and heterostructure nanowire devices

Diameter-dependent electron mobility of InAs nanowires

Das mais baixas massas efetivas entre os semicondutores

Direct observation of ballistic and drift carrier transport regimes in InAs nanowires

Remote p-doping of InAs nanowires

Magnetotransport properties of individual InAs nanowires


Crystal-structure-dependent photoluminescence from InP nanowires

Increase of the photoluminescence intensity of InP nanowires by photoassisted surface passivation

Optical properties of InP nanowires on Si substrates with varied synthesis parameters

Enhanced luminescence from catalyst-free grown InP nanowires

Indium phosphide nanowires as building blocks for nanoscale electronic and optoelectronic devices

Dispositivos óticos na faixa do infravermelho

Nanofios de InAs, InP Ligas InAs1-xPx

Heteroestruturas InAs/InP Core/Shell Axialmente modulada


o Propriedades: o Eletrônicas, o Mecânicas, o Óticas o de oxidação

CÁLCULOS AB INITIO Teoria do Funcional da Densidade

LDA/GGA (PW91) Base de ondas planas PAW


Dificuldades experimentais em extrair informações de sistemas de dimensões extremamente reduzidas

Estudo de casos controlados, isolando-se influências de diferentes agentes ou situações

Estudo de casos de manipulação difícil ou perigosa Exploração de situações extremas ...



Nanofios zinc-blende crescidos na direção [111]

0,5 nm 1,0 nm

1,5 nm 2,0 nm


Poço Quadrado Eg ~ D-2


Diminuição na mobilidade de elétrons e buracos

Aumento da massa efetiva com a diminuição do diâmetro


1. Confinamento quântico: afeta a energia e a dispersão dos níveis eletrônicos

2. Efeitos de superfície: introduz armadilhas e centros espalhadores (passivação melhora bastante a mobilidade)

3. Temperatura: aumento da taxa de espalhamento por fônons



[111] [0001] [11-21]


Para diâmetros menores que 2nm

1. Aumento substancial na mobilidade dos buracos

2. Mobilidade eletrônica não diminui drasticamente



2. Efeitos de superfície: introduz armadilhas e centros espalhadores (passivação melhora bastante a mobilidade)

3. Temperatura: aumento da taxa de espalhamento por fônons

Efeitos de superfície: introduz armadilhas e centros espalhadores (passivação melhora bastante a mobilidade)


Nature 450, 27 (2002)

Características de nanofios core/shell que podem ser exploradas Razão Core/Shell:

Diferentes razões diferentes propriedades eletrônicas Observa-se variações nos regimes de alinhamentos de banda Tensões não tão bem acomodadas modulação das

propriedades via stress Passivação do core:

Eliminação de estados de superfície Dopagem remota:

Alinhamento de banda adequado que permite dopagem na camada não ativa gere portadores na camada ativa (sem espalhamento)



(a) InAs ; D ~ 1nm

(b) InAs ; D – 1,5 nm

(c) InAs/InP ; D ~ 1,5 nm core – 1,0 nm


Distorções no parâmetro de rede do fio de -4% ate 4%

InAs: D1 = -1,38 ; n = 1,10 InP: D1 = -0,80 ; n = 0,82


Comportamento harmônico

Ruptura Comportamento multiplamente harmônico

Elástico

Comportamento multiplamente harmônico

Plasticidade


Recentemente: Celulas solares de arranjos de nanofios de InP

atingem 13,8% de eficiência

Science 339, 1057 (2013)

InAs1-xPx : x = 0,0, 0,25, 0,50, 0,75, 1,00

Variando x ao longo do nanofio

Tandem solar cells

Diferentes diâmetros +


H. Krömmer, Nobel Lecture Phys. Lett. A 378, 2872 (2014)


Variação monotônica de ~ 1 eV no limiar de absorbância devido à formação de uma liga aleatória nos sítios dos ânions

Phys. Lett. A 378, 2872 (2014)

Nanofios expostos a atmosfera oxidam! Propriedades alteradas pela oxidação


Etapas iniciais Dinâmica do fio oxidado

Dinâmica T = 300K; Algoritmo de Verlet; passo de integração : 0,75 fs; ensemble canônico (NVT) termostato: Nosé- Hoover

DFT, GGA (PW91), PAW VASP



Diâmetro do nanofio: ~ 35 Å; Constituído por 5 camadas coaxiais; Célula unitária tetragonal: 45 x 45 x ao ao = 7,013 Å Número de pontos –k : 4 pontos-k Convergência da energia total em: 5 meV


Célula unitária: 300 átomos do nanofio (150 de In e 150 de P) e 144 átomos referentes as moléculas de oxigênio.

1200 passos de dinâmica

Etapas da dinâmica molecular: foram selecionados três

átomos de O e acompanhada a suas evoluções dinâmica.

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Corresponde a

penetração observada

no slide anterior.

Workshop 20 anos CENAPAD


Fio com átomos de oxigênio distribuidos aleatoriamente nas

suas duas últimas camadas

Selecionou-se 10 configurações

descorrelacionadas

Dinâmica molecular com mais de 6000 passos

cálculo da função de correlação temporal


• Estrutura interna do fio preservada •Camadas externas amorfizadas

•Fio deixa de apresentar gap de energia •Estados introduzidos no gap são localizados defeitos de In

Nanofios de InAs e InP são candidatos a aplicações Eletrônicas Óticas Eletromecânicas etc

Nossos estudos destes nanofios buscam elucidar como: As propriedades variam em função do diâmetro Como as diferentes composições afetam suas

propriedades Pode estas modificações podem ser exploradas



Obrigado!

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