Super-redes semicondutoras: um laboratório de Mecânica Quântica

Abstract

Neste trabalho, são discutidas algumas idéias relacionadasàs alterações causadas na estrutura eletrônica de materiais semicondutores devidoà presença de defeitos e desordem e suas conseqüências para a distribuição de portadores nestas estruturas. Em seguida, são apresentadas algumas das praticamente infindáveis aplicações das super-redes semicondutoras, agora sob um novo aspecto: verdadeiros laboratórios onde propriedades como a desordem causada por defeitos podem ser simuladas e estudadas sistematicamente. Palavras-chave: super-redes, Mecânica Quântica.In this work, some ideas related to the modifications on the electronic structure of semiconductor materials caused by defects and disorder are discussed. The modifications on the distribution of carriers are discussed as well. Next, we present some applications of the semiconductor superlattices, now focusing on microscopy laboratories, where properties like disorder induced by defects can be systematically studied. Keywords: superlattices, Quantum Mechanics. IntroduçãoDefeitos sempre existem em qualquer material e os semicondutores não fogemà regra. Um defeito pode ser originado de diversas maneiras, seja por uma alteração numa região de uma amostra causada por uma modificação na rede cristalina, seja pela adição dé atomos estranhos como quando uma amostra passa por um processo de dopagem, por exemplo. Normalmente, quando se fala em defeitos em um cristal imaginase que somente mudanças não desejáveis nas características do material devem ser esperadas. Por um lado, esta idéiaé correta pois os defeitos podem causar alterações pelas quais as características de um material podem ser totalmente alteradas e mesmo controladas pela presença de defeitos. Um exemplo dissoé a localização de parte dos portadores (elétrons ou buracos), diminuindo a condutividade esperada de um sistema. Estaé uma conseqüência realmente séria quando se fala na produção de dispositivos eletrônicos.Pode-se considerar um efeito imediato da presença de defeitos em uma rede cristalina a introdução de uma desordem aleatória na estrutura. Podemos interpretar a desordem estudando uma série de fenômenos, mas vamos olhar aqui para os efeitos relacionados aos processos de condução de portadores. De uma maneira geral, a suposição de que uma rede cristalinaé perfeitamente periódicaé o ponto fundamental para o estudo de suas propriedades eletrônicas, mecânicas, de transporte,ópticas e assim por diante. Na realidade, o conceito de bandas de energia tem como base fundamental a periodicidade da rede cristalina e daí surgem conceitos como o da massa efetiva e intervalos de energias proibidas (ou gap, discutido nas seções seguintes), por exemplo. A presença de defeitos provoca a quebra da propriedade simétrica da periodicidade, introduz fontes de espalhamento, provocam também a quebra da coerência das funções de onda que descrevem o cristal (funções de Bloch) [1]. O problema está em como tratar a não-periodicidade para a determinação das propriedades do cristal e uma maneira de realizar esta tarefaé consideran...

Abordagem teórica sobre junções e dispositivos semicondutores e sua utilização em painéis fotovoltaicos

“…A introdução de dopantes em um cristal semicondutor determina o portador (elétron ou buraco) que será responsável pelo tipo de condutividade do cristal. A consequência tecnológica imediata disto foi a construção de diodos, transistores, resultando na infinidade de dispositivos eletrônicos atualmente disponíveis 8 .…”