First-principles study of GaAs/AlAs nanowire heterostructures
GaAs/AlAs nanotel heterojen yapılarda ilk-prensipler hesabı
- Tez No: 318895
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET TOMAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Bant yapısı, Nanotel, Yarı iletken düzenek, Yerel yoğunluk, Yoğunluk fonksiyonu teorisi, Yüzey pasifliği, Band structure, Nanowire, Semiconductor device, Local density, Density function theory, Surface passivation
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nanotel heterojen yapılar nano ölçek elektroniğinde önemli bir rol üstlenir. Diğer bir deyişle, tek boyutlu elektronikte heterojen yapıların nanotel ekseni boyunca büyümesinden faydalanılır. Saf ve yüzeyi hidrojen ile pasifleştirilmiş GaAs/AlAs nanotel heterojen yapılarının yapısal ve elektronik özelliklerini elde etmek için yoğunluk fonksiyoneli teorisi içindeki ilk-prensipler düzlem dalga hesaplamalarını yerelleştirilmiş yoğunluk yaklaşımı (LDA) ile birlikte kullandık. Ayrıca nanotel yüzeylerinin yeniden yapılandırılmasını da dikkate aldık. Modellenmiş nanotel heterojen yapılar çinkoblend yapıların [001] ve [111] doğrultusundaki kristal atomik pozisyonları kullanılarak ve bu GaAs/AlAs heterojen yapı kristalinden 1nm çapında teller kesip çıkarılarak inşa edilmiştir. Yüzey pasifleştirilmesinin GaAs/AlAs nanotel heterojen yapı sisteminin bant boşluğu ve bant süreksizliği üzerindeki etkileri üzerine çalıştık. Taşıyıcıların yarı iletken heterojen yapılar içinde hissettiği potansiyeli kontrol etmek mümkündür. Kristal heterojen yapılar için, iki malzemenin potansiyellerinin makroskopik ortalama değeri arayüzden uzakta sabittir, heterojen yapının bileşimine bağlı olarak arayüzde bir süreksizlik vardır. Heterojen yapı sistemindeki değerlilik bant kaymasını elde etmek için arayüzde varolan makroskopik potensiyeldeki kayma ve iki bileşenin değerlilik bantı maksimum değerleri arasındaki fark eklenmelidir. Nano ölçekli heterojen yapılarda, potansiyel profili daha karmaşık bir resim oluşturur. Sonuçlar göstermektedir ki, süreksizlik tam arayüzde düzlemsel limite yakın kalırken, arayüzün ötesinde oluşan ortalama potansiyelde homojen olmayan yüzey pasifleştirilmesinden kaynaklanan dalgalanmalar oluşmaktadır, yani arayüzün ötesinde bant uç değerlerinde değişimler vardır.Yarıçapı 1 nm olan ve yüzeyi hidrojen ile pasifleştirilmiş GaAs/AlAs nanotel heterojen yapılarında yüzey üzerinde hidrojen ile bağ yapmamış tek bir atom kusur olarak bırakılarak yüzey bağ durumları için ilk prensipler çalışması yapılmıştır. III ve V grubundaki atomlar icin yük transfer seviyeleri sabit olduğu ve bir periyodik tablo özelliği olduğu için bu yüzey bağ durumlarının yük transfer seviyeleri ortak bir enerji seviyesi olarak düşünülebilir.Yarıçapı 3 Angstrom ile 10 Angstrom arasında değişecek şekilde [001] doğrultusundaki kristal yapıdan kesilerek inşa edilmiş alüminyum nanotel yapılar için ilk prensipler elektronik yapı ve toplam enerji hesapları yapılmıştır. Bu alüminyum nanoteller için yapılan ilk prensipler hesaplamaları yoğunluk fonksiyonel teorisine dayanmaktadır. Çok ince nanotellerde başarılı sonuçlar sağladığı için norm koruyucu pseudo-potansiyel kullanılmıştır. Sonuçlarımız Fermi seviyesini kesen bant sayısının telin yarıçapı azaldıkça azaldığını ve çalıştığımız tüm nanotellerin metallik yapıda olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Nanowire heterostructures play a crucial role in nanoscale electronics, i.e., one-dimensional electronics derives benefits from the growth of heterostructures along the nanowire axis. We use first-principles plane-wave calculations within density functional theory with the localized density approximation (LDA) to get information about the structural and electronic properties of bare and hydrogen passivated GaAs/AlAs nanowire heterostructures. We also take into account the reconstruction of the nanowire surfaces. Modeled nanowire heterostructures are constructed using bulk atomic positions along [001] and [111] direction of zinc-blende structures and cutting out wires from this GaAs/AlAs heterostructure crystal with a diameter of 1 nm. We study for the effects of the surface passivation on the band gap and the band offsets for the planar GaAs/AlAs bulk heterostructure system and GaAs/AlAs nanowire heterostructure system. It is possible to control the potential that carriers feel in semiconductor heterostructures. For the planar lattice-matched heterostructures, the macroscopic average of potential of the two materials is constant far from the interface and there is a discontinuity at the interface depending on the composition of the heterostructure. In order to obtain the valence band offset in the heterostructure system, the shift in the macroscopic potential at the interface and the difference between the valence band maximum values of the two constituents must be added. In nanoscale heterostructures, the potential profile presents a more complex picture. The results indicate that while the discontinuity remains close to the planar limit right at the interface, there are fluctuations on the average potential profile beyond the interface developed by the inhomogeneous surface termination, that is, there are variations of the band edges beyond the interface.We report a first-principles study of the electronic properties of surface dangling-bond (SDB) states in hydrogen passivated GaAs/AlAs nanowire heterostructures with a diameter of 1 nm, where the SDB is defined as the defect due to an incomplete passivation of a surface atom. The charge transition levels of SDB states serve as a common energy reference level, such that charge transition level value for group III and V atoms is a constant value and a periodic table atomic property.We have carried out first-principles electronic structure and total energy calculations of aluminum nanowires for a series of different diameters ranging from 3 Anstrom-10 Angstrom, which is cut out from a slab of ideal bulk structure along the [001] direction. First-principles calculations of aluminum nanowires have been carried out within the density-functional theory. We use the norm-conserving pseudopotentials that are shown to yield successful results for ultrathin nanowire regime. Our results show that the number of bands crossing the Fermi level decreases with decreasing wire diameter and all wires studied are metallic.
Benzer Tezler
- Katkı ve düzensizliğin yarı-metalik ferromanyetik heusler alaşımların manyetik özelliklerine etkisinin teorik incelenmesi
First principles study of effect of doping and disorder on the half metallicity of ferro magnetic heusler alloys
KEMAL ÖZDOĞAN
Doktora
Türkçe
2009
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEKİR AKTAŞ
- Investigation of infrared phosphorescence properties of chromium doped lanthanum gallogermanate phosphors sythesized by sol-gel method
Sol-gel yöntemi ile sentezlenen krom katkılı lantan galogermanat fosforlarının kızılötesi fosforesans özelliklerinin incelenmesi
BURCU CAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ SOLAK
- Bulanık zincir model temelleri ve hidrograf tahminleri
Fuzzy chain model fundamentals and hydrograph estimations
YAVUZ SELİM GÜÇLÜ
Doktora
Türkçe
2017
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKAİ ŞEN
- 5 Cl Pu-Be nötron kaynağı kullanarak aktivasyon analizi ile analizi mümkün olan elementlerin dedeksiyon limitlerinin tespiti
Investigation of the possibility in analysis of elements by activation analysis and determination of detection limits of proposed elements using a 5 Cl Pu-Be neutron source
İSMET ÇELENK
- La3Lu2Ga3O12: Cı3+: Nd3+ lazer kristallerinde sıcaklığın Cr3+-Nd3+ enerji transferine etkisi
Başlık çevirisi yok
GÜLEFŞAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖNÜL ÖZEN