Efeitos da adição de átomos de Mn na rede do GaN via métodos de estrutura eletrônica

Abstract

Recebido em 6/5/09; aceito em 9/11/09; publicado na web em 10/3/10 INDIRECT EFFECTS OF THE Mn INCORPORATION ON THE ELECTRONIC STRUCTURE OF NANOCRYSTALLINE GaN.A computational method to simulate the changes in the electronic structure of Ga 1-x Mn x N was performed in order to improve the understanding of the indirect contribution of Mn atoms. This periodic quantum-mechanical method is based on density functional theory at B3LYP level. The electronic structures are compared with experimental data of the absorption edge of the GaMnN. It was observed that the indirect influence of Mn through the structural parameters can account for the main part of the band gap variation for materials in the diluted regime (x<0.08), and is still significant for higher compositions (x~0.18).Keywords: GaN; diluted magnetic semiconductor (DMS); DFT. INTRODUÇÃOEstudos recentes mostraram que materiais como GaAs, InAs e GaN, dopados com quantidades de Mn, Fe, Ni, Co, 1-8 da ordem de 5% apresentam, além das propriedades semicondutoras, propriedades ferromagnéticas. 5,9 As propriedades magnéticas destes materiais estão associadas ao fato de que, nos metais de transição citados, os níveis d estão incompletos e apresentam geralmente um valor elevado de momento magnético. Isto confere aos materiais propriedades de semicondutor magnético diluído (DMS).Os DMSs são potenciais candidatos para utilização em spintrô-nica, tecnologia na qual os benefícios da carga e do spin do elétron se unem em um único dispositivo, 7 por possibilitarem a injeção de correntes elétricas com alto grau de polarização de spin entre um metal e um semicondutor que é observada em junções metal semicondutor tradicional.3,10-12 Os dispositivos spintrônicos baseados em DMSs apresentam potencial para promover a integração entre comunicação, memória e processamento em um único dispositivo proporcionando ganho extraordinário na velocidade de processamento de dados. 3,4,7,13 Outro benefício dos dispositivos spintrônicos reside na grande economia de energia, quando comparada aos dispositivos tradicionais. 5Entre os DMSs conhecidos o GaN dopado com Mn é um dos mais promissores candidatos a utilização em dispositivos spintrô-nicos, pois este material pode apresentar uma temperatura de Curie (Tc) acima da temperatura ambiente (Tc ~ 400 K). Em particular, materiais como Ga 1-x Mn x As e In 1-x Mn x As apresentam desvantagem de suas temperaturas de Curie encontrarem-se abaixo da temperatura ambiente, Tc ~ 100 K e Tc ~ 50 K, respectivamente, tornando-os menos convenientes para uso prático. 5,6,14 Outros materiais que também apresentaram propriedades ferromagnéticas à temperatura ambiente são o TiO 2 e ZnO, dopados com Mn, Fe e Co. [15][16][17][18] Para crescer filmes de Ga 1-x Mn x N (GaMnN) encontramos técni-cas como a Epitaxia por Feixe Molecular (MBE), a qual tem como principal característica o controle do crescimento dos filmes a nível de camadas atômicas, podendo produzir filmes monocristalinos com baixa densidade de defeitos. No entanto, para conseguir certas concentrações de Mn...

Effects of substrate temperature, substrate orientation, and energetic atomic collisions on the structure of GaN films grown by reactive sputtering

“…Following the same trend, previous density functional theory-based calculations using B3LYP functionals indicated that the increase in d spacing can account for the observed closing of the band gap. 68 Figure 7 also shows that the slopes of the curves are greater in samples deposited at 500 C and 600 C. Other samples with absorption edges that were less steep are expected to have higher degrees of structural disorder, in agreement with the structural results: lower stress levels produce a decrease in the defect density of the material. The sample with the best optical characteristics (i.e., highest Eg and edge slope, SP136) was deposited using a lower relative N 2 flow rate (N 2 /Ar ¼ 1 = 2 ) and a lower deposition power (30 W), both of which tended to decrease the energetic collisions of N reflected from the target.…”