Modelagem da formação de estruturas tridimensionais em crescimento epitaxial

• Ano de defesa: 2011
• Autor(a) principal: Leal, Fábio Fagundes
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa; BR; Física Teórica e Computacional; Preparação e Caracterização de Materiais; Sensores e Dispositivos.; Doutorado em Física; UFV
• Palavras-chave em Português: Modelagem; Epitaxia; Morros; Monte Carlo; Pontos quânticos; Modelling; Epitaxy; Mound; Quantum dots; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
• Link de acesso: http://locus.ufv.br/handle/123456789/955

Nesta tese estudamos o surgimento de estruturas tridimensionais auto-arranjadas em superfícies crescidas por epitaxia por feixe molecular (MBE). Foram utilizadas simulações de Monte Carlo cinético para a descrição de dois casos específicos dessas morfologias: formação de morros e de nucleação de ilhas 3d de escalas nanométricas conhecidas como pontos quânticos (QDs). Os modelos propostos nessa tese possuem como principal processo a difusão super cial termicamente ativada. O principal ingrediente do nosso modelo e a implementação das barreiras nas bordas de degraus usualmente chamadas de barreiras de Ehrlich-Schwoebel (ES). Sugerimos duas regras para barreiras na difusão entre camadas: barreira dependente do número de ligações laterais entre primeiros vizinhos (BDL) e barreira dependente da altura do degrau (BDA). Este trabalho está divido em duas partes. Na primeira, simulamos o crescimento de morros pelas duas regras (BDL e BDA), e na segunda parte, simulamos a nucleação de ilhas 3d pela regra BDA. Mostramos que a morfologia de morros pode ser obtida mesmo para uma barreira pequena enquanto que um crescimento auto-a m, consistente com a equação de Villain-Lai-Das Sarma, e observada na ausência da uma barreira de degrau explícita no modelo BDA. As superfícies que exibem morros são descritas por uma leis de escala dinâmicas de super-rugosidade caracterizada por superfícies localmente lisas (facetadas) e um expoente da rugosidade α > 1. A fase de lme no e caracterizada por superfícies com estruturas tridimensionais auto-arranjadas com razão de aspecto (altura/largura) que pode crescer ou diminuir com a temperatura dependendo da intensidade da barreira de degrau. Para a regra BDL mostramos que o modelo padrão com barreira somente em degraus descendentes perde estabilidade e produz morfologias instáveis exibindo colunas anomalamente estreitas e altas dentro da faixa de temperatura estudada. A regra BDL, ao contrário, gera morfologias com morros bem comportadas para a mesma faixa de barreira de ES que produz a morfologia anômala no modelo padrão. Além disso, os morros também são obtidos nas situações em que a barreira de degrau tem o mesmo valor para todas as partículas independetemente se são livres ou lateralmente ligadas ou difundindo para cima ou para baixo. O estudo de nucleação de ilhas 3d foi motivado pelos resultados experimentais obtidos por Ferreira et al. [1] para a deposição de CdTe/Si. Propomos, então, uma variação na taxa de difusão do modelo BDA para o estudo de crescimentos heteroepitaxiais. Essa taxa passa a depender da energia de ligação entre espécies químicas diferentes. A principal mudança do modelo é a introdução de uma barreira de degrau que pode variar com a temperatura de crescimento. Utilizando uma barreira que varia linearmente com a temperatura, foi possível reproduzir as curvas da distribuição de diâmetros dos QDs, bem como os comportamentos da densidade e do diâmetro médio dos QDs com a temperatura. Também conseguimos capturar detalhes dos experimentos com a forma bimodal da distribuição de tamanhos dos QDs sem ajustar nenhum adicional.