Modelagem computacional da interação entre discordâncias parciais a 90 graus e a superfície (111) do silício

Abstract

Compreender as propriedades estruturais de discordâncias cristalinas é fundamental uma vez que estes defeitos governam os processos de deformação plástica em materiais. Particularmente em semicondutores, esses estudos são importantes dada a relevância desses materiais para a microeletrônica. Neste trabalho nosso foco serão as discordâncias cristalinas parciais a 90o em silício. Para o estudo teórico em escala atômica das discordâncias cristalinas, usamos simulações baseadas em metodologias quanto-mecânicas semi-empíricas através de um método intimamente ligado ao tratamento tight-binding, uma vez que considera em sua formulação que os estados eletrônicos cristalinos podem ser descritos em termos de orbitais atômicos: Método da Matriz Densidade Tight-Binding de Ordem-N (DMTB). Este método tem um custo computacional baixo o que permite que trabalhemos com sistemas muito grandes de átomos na representação das estruturas – com milhares de sítios inclusive. Em suma, descrevemos como produzir e representar as discordâncias parciais a 90o em Si consideramos três modelos para sua estrutura de caroço: um não reconstruído onde os átomos possuem uma coordenação quase quíntupla; um modelo reconstruído com período igual ao período da rede perfeita; e um modelo com período dobrado em relação ao da rede perfeita. Por fim, calculamos a variação da energia do sistema com a distância entre as discordâncias e a superfície livre do Si.