Μελέτη και ανάλυση υλικών για την οπτοηλεκτρονική με κατασκευή προτύπων και οπτικοποίηση

Abstract

Undoubtedly nanotechnology, the applied science that deals with the nanostructures, is one of the most emerging sciences. The huge number of different nanostructures, is one of the most emerging sciences. The huge number of different nanostructures that could be fabricated makes mandatory the theoretical study of these nanostructures, while the a priori knowledge of the possible properties of nanostructures minimizes the experimental trials, resulting in a more efficient effort needed for their fabrication. With the dimensions of these structures in the range of nm, the utilization of atomistic methods is a necessity as the methods used for the bulk materials and the finite element methods fail to reveal the phenomena that make their appearance in that range. Among the materials used for the preparation of nanostructures are the combinations of silicon and germanium (Si/Ge) and the cubic nitrides of aluminum and gallium (AlN/GaN). A class of nanostructures with emerging interest is that of Quantum Dots (QD) or artificial atoms. Examples with previous materials are the Ge QD in Si and GaN QD in AlN, which have special optoelectronic properties with a wide and continuously even widening application field. Another class of nanostructures is that of Quantum Wires (QW). At last but not least, the transparent conducting oxides are very valuable for the production of optoelectronic systems. In this dissertation is given an effort to study theoretically the QDs and QWs of the previously mentioned materials and their alloys as well. For this purpose a software suite has been designed for the creation of atomistic models with selected structural characteristics, the calculation of their structural properties and their electronic and optical properties. Among the other capabilities of this software suite is the possibility of the visualization of the results in all stages, either with three-dimensional graphics or with the creation of diagrams and graphs for the presentation of the results, and the possibility to use this software in any personal computer. […]

Χωρίς αμφιβολία η νανοτεχνολογία, η εφαρμοσμένη επιστήμη που ασχολείται με τις νανοδομές, είναι από τις πλέον ταχύτερα αναπτυσσόμενες. Η θεωρητική μελέτη αυτών των νανοδομών κρίνεται επιβεβλημένη καθώς είναι τεράστιο το πλήθος των διαφορετικών νανοδομών που μπορούν να παρασκευασθούν και η εκ των προτέρων γνώση των πιθανών ιδιοτήτων τους ελαχιστοποιεί τις πειραματικές δοκιμές με αποτέλεσμα την μικρότερη και αποτελεσματικότερη προσπάθεια που χρειάζεται να γίνει για την Παρασκευή τους. Με τις διαστάσεις των δομών αυτών να είναι της τάξης του nm, η εφαρμογή ατομιστικών μεθόδων για την μελέτη τους κρίνεται επιβεβλημένη αφού οι μέθοδοι μελέτης που βασίζονται στα καθαρά υλικά μεγάλων διαστάσεων και οι μέθοδοι συνεχών μέσων αποτυγχάνουν να περιγράψουν τα φαινόμενα που εμφανίζονται στην κλίμακα των nm. Ανάμεσα στα υλικά που χρησιμοποιούνται για την Παρασκευή νανοδομών με εφαρμογές στην οπτοηλεκτρονική είναι και οι συνδυασμοί των πυριτίου/γερμανίου (Si/Ge) και των κυβικών νιτριδίων του αργιλίου και του γαλλίου (AIN/GaN). Μια κατηγορία νανοδομών με ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι και οι Κβαντικές Τελείες (ΚΤ) ή τεχνητά άτομα. Παραδείγματα με τα υλικά που προαναφέρονται έιναι οι ΚΤ GE σε Si ή οι ΚΤ GaN σε AlN, που με τις ιδιαίτερες οπτοηλεκτρονικές ιδιότητές τους έχουν ήδη ένα διευρυμένο αλλά και συνεχώς επεκτεινόμενο πεδίο εφαρμογών. Μια άλλη κατηγορία είναι τα Κβαντικά Σύρματα (ΚΣ). Τέλος, τα διαφανή αγώγιμα υλικά προσφέρονται για παρασκευή ειδικών οπτοηλεκτρονικών διατάξεων. Σε αυτή την διατριβή γίνεται η προσπάθεια θεωρητικής μελέτης των ΚΤ και ΚΣ των προαναφερόμενων υλικών καθώς και κραμάτων τους. Για τον σκοπό αυτό δημιουργήθηκε ένα σύνολο λογισμικών ηλεκτρονικού υπολογιστή για την δημιουργία ατομιστικών προτύπων με επιλεγόμενα δομικά χαρακτηριστικά, τον υπολογισμό των δομικών τους ιδιοτήτων και τον υπολογισμό των ηλεκτρονικών και οπτικών τους ιδιοτήτων. Από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά αυτού του λογισμικού είναι η δυνατότητα οπτικοποίησης των αποτελεσμάτων σε όλα τα στάδια των μελετών, είτε με τρισδιάστατα γραφικά είτε με την δημιουργία γραφημάτων για την παρουσίαση των αποτελεσμάτων, καθώς και η δυνατότητα χρήσης του σε όλους τους προσωπικούς υπολογιστές. […]