62ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 4. Física da Matéria Condensada

CARACTERIZAÇÃO TEÓRICA DOS MODOS ACÚSTICOS E ÓPTICOS DO SI

Alessandro de Figueiredo Vierma 1 Adriano Manoel dos Santos 1

1. Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul - UEMS

INTRODUÇÃO:

O grande impacto relacionado ao Silício (Si) na economia do mundo moderno e no estilo de vida é resultante de sua característica semicondutora, mesmo a altas temperaturas, permitindo a confecção de dispositivos eletrônicos, como transistores, e no desenvolvimento de circuitos integrados que compõem os aparelhos eletrônicos. O comportamento vibracional das estruturas cristalinas tem influência sobre propriedades como resistência elétrica e condutividade térmica. Para simular as propriedades vibracionais do Si, utilizamos o método semi-empírico denominado Valence Force Field. Este método considera que as interações atômicas se dão principalmente pelos elétrons de valência, cuja interação pode ser representada pela lei de Hooke. O modelo para descrever o potencial de interação é baseado no proposto por Feenstra. A partir das constantes de força radial e angular, que representam a ligação entre os átomos da base e seus vizinhos, obtidas com o ajuste aos dados de espectroscopia Raman do silício em relação ao ponto Gama, foi possível representar com boa concordância o espectro de fônons do Si. A partir destes dados foram realizados testes para verificar a eficiência do software desenvolvido pelo orientador deste projeto para simular a dinâmica vibracional de estruturas semicondutoras.

METODOLOGIA:

Para obter um conhecimento básico sobre o assunto abordado no projeto foram utilizados livros disponíveis na biblioteca, artigos e teses disponíveis na internet, Tese do orientador do projeto, computador do "Laboratório de Simulação de Materiais" (UEMS/DOURADOS). Foi realizado um estudo dos comandos básicos do sistema operacional LINUX e do software desenvolvido pelo orientador do projeto para o cálculo das energia dos modos de vibração. O software usado tem a capacidade de nos fornecer entres outros resultados a curva de dispersão e a densidade de estados vibracionais (DEV) do material estudado. Todos os dados necessários para a simulação computacional foram baseados na tese de doutorado do orientador. Os resultados foram apresentados a comunidade acadêmica e também em eventos específicos sobre a área de pesquisa.

RESULTADOS:

Com o ajuste aos dados de espectroscopia Raman do silício em relação ao ponto Gama, foi possível calcular as constantes de força radial e angular. A partir destes dados geramos a curva de dispersão do Si. Utilizando as constantes de força do Si e reduzindo a massa dos átomos da base, realizamos cálculos do comportamento da curva de dispersão e da densidade de estados vibracionais. O resultado do cálculo mostra que qualitativamente o gráfico não muda, mas há um aumento na energia do sistema. Mantendo a massa do Si e aumentando as constantes de força dos primeiros vizinhos, verificamos um estreitamente entre as energias dos ramos longitudinais e ópticos, e um aumento na energia do sistema. Este resultado é compatível com o comportamento clássico esperado, no qual a freqüência de vibração é proporcional a constante de força e inversamente proporcional a massa do composto. Aumentando a carga elétrica do sistema encontramos um desdobramento de energia na região dos ramos ópticos, resultado esse coerente com a literatura. Alterando o valor dos parâmetros de rede, mudamos também número de vizinhos que contribuem com a energia do sistema, logo verificamos que a curva de dispersão muda radicalmente.

CONCLUSÃO:

A partir do nosso modelo de interação de curto alcance, que podem ser representadas por molas com constantes de força radial e angular, foi possível representar com boa concordância o espectro de fônons. Verificamos que com a diminuição da massa dos átomos da base para valores correspondentes ao átomo de Carbono, a curva de dispersão apresentou qualitativamente o mesmo formato indicando que o comportamento dos modos depende das constantes de forca. O aumento da energia, com a redução da massa é coerente com o fato experimental de que a energia vibracional do diamante carbono é maior que a energia vibracional do diamante silício. Aumentando as constantes de força verificamos que a energia do sistema também aumenta, resultado que está em acordo com o esperado. Com a inserção de uma ionicidade há um desdobramento dos níveis de energia ligados aos modos ópticos transversais e acústicos, fato observado em materiais iônicos. Mudando o valor dos parâmetros de rede, o número de vizinhos que colaboram com a energia se altera, promovendo uma forte mudança na curva de dispersão. Com as simulações realizadas obtivemos resultados coerentes com a literatura, portanto podemos afirmar que o programa usado produz resultados satisfatórios.

Instituição de Fomento: Universidade Estadual de Mato grosso do Sul - UEMS

Palavras-chave: Propriedades Vibracionais, Valence Force Field, Simulação de Materiais.