Modelagem da formação de estruturas tridimensionais em crescimento epitaxial / Modelling of three-dimensional structures formation in epitaxial growth

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

28/07/2011

RESUMO

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.

ASSUNTO(S)

epitaxia modelagem morros monte carlo pontos quânticos fisica da materia condensada modelling epitaxy mound monte carlo quantum dots

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