Study and analysis of materials for optoelectronics with modeling and visualization

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

PhD thesis (EN)

2008 (EN)
Μελέτη και ανάλυση υλικών για την οπτοηλεκτρονική με κατασκευή προτύπων και οπτικοποίηση
Study and analysis of materials for optoelectronics with modeling and visualization

Σκουλίδης, Νικόλαος Α.

In this dissertation are studied the structural and the electronic and opticalproperties of Quantum Dots (QD) and Quantum Wires (QW) of silicon / germanium(Si/Ge) and gallium / aluminum nitrides (AlN/GaN) and their alloys as well. In a separate chapter are studied the transparent conducting oxides (TCO) of the tin doped indium oxide (ITO). All these materials and their nanostructures are useful for optoelectronic applications because of their special properties. For this purpose has been developed a software suite for the creation of atomistic models with selected characteristics, the calculation of their structural properties and the calculation of their electronic and optical properties. A special feature of this software suite is the capability to visualize the results in all stages of calculations, mainly with threedimensional graphics. For the study of the structural properties of nanostructures were applied the molecular dynamics method in supercells of several tens of thousands of atoms, which approach the size of the experimentally observed QDs. Were calculated the strains of QDs and QWs of Ge or GaN in Si or AlN respectively, and shown the trend that have the QDs to align along the growth axis in multiple QD layers. For the study of the electronic and optical properties of QDs and QWs were used the semi-empirical method of tight binding (TB). The embedding of the QDs and QWs in the matrix of the surrounding material, affects greatly their electronic and optical properties confining many of the valence states and some of the conductionstates inside the QD or the QW. An additional factor that also affects the confining of the electronic states, and therefore the properties, is the strains observed inside the QDs and QWs. The calculated energy gaps for the QDs are in agreement with the experimentally observed. The comparison between QDs and QWs shows that the electronic states are more confined in the case of QDs and the similarities in the form of the wavefunctions of states with energy close to the fundamental energy gap. The study of ITO has shown the anomalous dependence of the lattice constant on the Sn molecular fraction. The lattice constant is also depended on the quantity of oxygen that is added during the substitution of In with Sn. The bulk modulus of ITO calculated for a range of Sn molecular fraction and found to agree with the very fewexisting experimental results
Σε αυτή την διατριβή μελετώνται οι δομικές και ηλεκτρονικές και οπτικέςιδιότητες Κβαντικών Τελειών (ΚΤ) και Κβαντικών Συρμάτων (ΚΣ) των πυριτίου /γερμανίου (Si/Ge) και νιτριδίων του αργιλίου και του γαλλίου (AlN/GaN) καθώς και κραμάτων τους. Επίσης μελετώνται τα διαφανή αγώγιμα οξείδια (TCO) οξειδίου του ινδίου με προσμίξεις κασσιτέρου (ITO). Όλα αυτά τα υλικά και οι νανοδομές τους είναι χρήσιμα για εφαρμογές οπτοηλεκτρονικής λόγω των ιδιαίτερων ιδιοτήτων τους. Για τον σκοπό αυτό υλοποιήθηκε ένα σύνολο λογισμικών για την δημιουργία ατομιστικών προτύπων, τον υπολογισμό των δομικών τους ιδιοτήτων και των ηλεκτρονικών και οπτικών τους ιδιοτήτων. Από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του λογισμικού είναι η δυνατότητα οπτικοποίησης των αποτελεσμάτων σε όλα τα στάδια των μελετών, κυρίως με τρισδιάστατα γραφικά. Για την μελέτη των δομικών ιδιοτήτων των νανοδομών εφαρμόσθηκε η μέθοδος της μοριακής δυναμικής σε υπερκυψελίδες αρκετών δεκάδων χιλιάδων ατόμων που προσεγγίζουν το μέγεθος των πειραματικά παρατηρούμενων. Υπολογίσθηκαν οι παραμορφώσεις των ΚΤ και ΚΣ Ge ή GaN μέσα σε Si ή AlN αντίστοιχα και δείχθηκε η τάση που έχουν οι ΚΤ να στοιχίζονται καθώς αναπτύσσονται σε πολλαπλές στρώσεις. Η μελέτη των ηλεκτρονικών και οπτικών ιδιοτήτων των ΚΤ και ΚΣ έγινε με την ημιεμπειρική μέθοδος της ισχυρής δέσμευσης. Δείχθηκε ότι η ενσωμάτωση των ΚΤ και των ΚΣ μέσα στο πλέγμα του περιβάλλοντος υλικού, επηρεάζει έντονα τις ηλεκτρονικές και τις οπτικές ιδιότητες των υλικών εντοπίζοντας πολλές από τις καταστάσεις σθένους και μερικές από τις καταστάσεις αγωγιμότητας μέσα στις ΚΤ και στα ΚΣ. Ένας ακόμη παράγοντας που επηρεάζει τον περιορισμό των καταστάσεων στο χώρο των ΚΤ και των ΚΣ και κατ' επέκταση τις ιδιότητες είναι οι έντονες παραμορφώσεις που παρατηρούνται κυρίως στην περιοχή των ΚΤ και ΚΣ. Ταυπολογιζόμενα ενεργειακά χάσματα για τις ΚΤ βρίσκονται σε καλή συμφωνία μεπειραματικά δεδομένα. Η σύγκριση μεταξύ των ΚΤ και των ΚΣ έδειξε τονμεγαλύτερο περιορισμό των καταστάσεων στις ΚΤ αλλά και ομοιότητες στη μορφήτων κυματοσυναρτήσεων με ενέργεια κοντά στο ενεργειακό χάσμα των δομών.Η μελέτη του ΙΤΟ έδειξε την ανώμαλη συμπεριφορά της εξάρτησης της σταθερής πλέγματός του από την συγκέντρωση του Sn και την εξάρτησή της από τηνποσότητα οξυγόνου που επίσης προστίθεται στο οξείδιο του ινδίου. Υπολογίσθηκε το μέτρο ελαστικότητας του ITO και βρέθηκε να συμφωνεί με τα λιγοστά πειραματικά δεδομένα που υπάρχουν

PhD Thesis / Διδακτορική Διατριβή

Κβαντικές τελείες
Electronic, optical properties
Quantum dots
Gallium-aluminum nitrides
Δομικές τελείες
Ηλεκτρονικές, οπτικές ιδιότητες
Νιτρίδια γαλλίου-αργιλίου
Visualization-atomistic method
Πυρίτιο, γερμάνιο
Οπτικοποίηση, ατομιστικές μέθοδοι
Structural properties

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)



Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Φυσικής

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)