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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.43.1998.tde-27022014-142005
Document
Author
Full name
Jose Luis Petricelli Castineira
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 1998
Supervisor
Committee
Leite, Jose Roberto (President)
Bindilatti, Valdir
Brescansin, Luiz Marco
Gomes, Laércio
Schmidt, Tome Mauro
Title in Portuguese
Defeitos Nativos e Impureza de Berílio em Nitreto de Boro Cúbico
Keywords in Portuguese
Matéria condensada
Semicondutores
Abstract in Portuguese
Desenvolvemos nesse trabalho investigações teóricas relativas ao comportamento de defeitos nativos e da impureza de berílio na rede do nitreto de boro cúbico (c-BN). Entre os defeitos nativos estudamos as vacâncias de nitrogênio e de boro, bem como o anti-sítio de nitrogênio. Concernente ao berílio, analisamos esse átomo nas posições substitucionais e intersticiais (tetraédricas) do cristal. Os resultados obtidos foram utilizados na interpretação de dados experimentais sobre esses centros disponíveis na literatura. Estudamos para cada um desses sistemas e, complementarmente, para o cristal perfeito, propriedades eletrônicas e estruturais. Do ponto de vista de estados eletrônicos, analisamos o comportamento dos níveis de defeito (ou impureza), enquanto que referente aos aspectos estruturais, encontramos a configuração atômica dos respectivos centros, com as correspondentes energias de formação. Através dos resultados encontrados, ratificamos o berílio como candidato natural a dopagem tipo p do c-BN e formulamos um modelo para a descrição da transição em torno de 1 eV encontrada experimentalmente nesse composto. Mostramos ainda a possibilidade do surgimento da cor azul que o berílio provoca no nitreto de boro estar associada a essa impureza substituindo o nitrogênio na rede cristalina. No que se refere ao anti-sítio de nitrogênio, verificamos que este centro não segue o comportamento metaestável apresentado pelo anti-sítio de arsênio em GaAs, comportamento este sugerido como sendo universal nos compostos semicondutores do grupo III-V. Concomitante a esses resultados obtidos, resulta de nosso projeto a demonstração da viabilidade do emprego do método Full-Potential Linear Augmented Plane Waves - FLAPW - para o estudo de defeitos e impurezas em semicondutores. Mostramos, pela primeira vez, que o método FLAPW é eficiente e rigoroso na investigação desses sistemas. Utilizando supercomputadores de última geração, definimos as condições essenciais para que o método se aplique de forma confiável para estes estudos.
Title in English
Native Defects Impurities Beryllium Cubic Boron Nitride
Keywords in English
Condensed matter
Semiconductors
Abstract in English
We have developed in this work theoretical investigations related to the behavior of native defects and beryllium as an impurity in the lattice of cubic boron nitride (c-BN). Among the native defects, we have studied the vacancies of nitrogen and boron, as well as the antisite of nitrogen. As far as the beryllium impurity is concerned we analysed this atom in the substitutional and interstitial (tetrahedral) lattice positions and we compared these results with the reported experimental data. For each of these systems and for the perfect BN crystal we calculated electronic and structural properties. Related to the electronic properties, we investigated the behavior of the defect (or impurity) states as well as the structural aspects. We found the atomic configuration of each center and its corresponding formation energy. Our results confirm that beryllium is a p-type dopant in c-BN, as previously suggested and a model is proposed which describes the electronic transition at about 1 eV measured in the compound. We also show that the blue calor exibited by beryllium doped c-BN can be associated with this impurity in the nitrogen site of the cristaline lattice. Finally we verified that the nitrogen antisite does not show the metaestability in this semiconductor thus contradicting the predicted universal behavior of this center in III-V compound semiconductors. Simultaneously emerges from our work the demonstration that the Full-Potential Linear Augmented Plane Waves FLAPW is a powerful tool to study defects and impurities in semiconductors. We have shown for the first time that the FLAPW method is efficient and accurate to be applied in such systems. Using new generation supercomputers, we have investigated the conditions required for the method to give reliable results.
 
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Publishing Date
2014-02-28
 
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