Ponthibák azonosítása félvezető szerkezetekben hiperfinom tenzor számításával

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Ponthibák azonosítása félvezető szerkezetekben hiperfinom tenzor számításával"

Zsuzsanna Bognár
7 évvel ezelőtt
Látták:

Szász Krisztián MTA Wigner SZFI, PhD hallgató

1 Ponthibák azonosítása félvezető szerkezetekben hiperfinom tenzor számításával (munkabeszámoló) Szász Krisztián MTA Wigner SZFI, PhD hallgató Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 1/ 13

2 Vázlat 1 Bevezetés kutatási téma, célkitűzések 2 Számítási módszer elmélet, kódok 3 Eredmények 4 Aktuális feladatok 5 Publikációk Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 2/ 13

3 Bevezetés Téma: Átmeneti fémek és egyéb ponthibák vizsgálata félvezető kristályokban, pl. gyémánt, szilíciumkarbid. (2011. szeptember óta, témavezető: Gali Ádám) Két okból fontos: 1) Félvezető iparban: károsak a mélynívójú hibák; optoelektronikai eszközök (GaN, SiC) 2) Kvantumbit felhasználás: optikailag gerjeszthető hibák (gyémánt, SiC és Si) Paramágneses hibák azonosítása EPR méréssel lehetséges a hiperfinom kölcsönhatás révén. Összehasonlítás különböző hibákra kiszámolt hiperfinom tenzorokkal. Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 3/ 13

4 Számítási módszer Hiperfinom tenzor A hibaállapot elektron spinje és a magspin kölcsönhat: H HF = IAS. Izotrop (Fermi-kontakt) és anizotrop (dipól-dipól) rész: A izo = 2 µ 0 γ e γ I 3 S z s(r = R I ), A ij anizo = µ 0 γ e γ I s(r+r I ) 3r ir j δ ij r 2 2π S z r 5 dr PAW módszer, spinsűrűség DFT-ből számolva. Ezeket az adatokat EPR mérésben meg lehet határozni a külső mágneses tér forgatásával. Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 4/ 13

5 Sűrűségfunkcionál elméleten alapuló ab initio számolások párhuzamosított futások hazai és külföldi szuperszámítógépeken, síkhullám bázisú kód: VASP (és CPPAW), ponthiba modellezése szupercella módszerrel, PBE vagy HSE funkcionálok használata. Exc GGA = dr 3 ε LDA ( )F xc (,,, ), E HSE xc = ae HF SR x (ω)+(1 a)e + E PBE SR x PBE LR x (ω)+ (ω)+e PBE c. HSE pontos tiltott sávot, pontos mélynívó szintet ad. Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 5/ 13

6 Eredmények 1. V 1 C (k) SiC-ban C Si k h A C C 3v e a 1 a 1 CBM VBM C 1h a" a' a' a' k A Si 1 c h k B A h C k A h B Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 6/ 13

7 Si 1 (a) T < 30 K Si 3 Si 4 (b) T > 30 K Si 3 Si 4 C 1h Számolás (mt): atom A xx A yy A zz ϑ ϕ Si 3, Si 5, C 1, Kísérlet (mt): atom A xx A yy A zz ϑ ϕ Si 3, Si 5, C 1, C 1h C 1h Si 3 Si 4 C 1h C 1h Si C 3 1h Si 4 Si 3 Si 4 C 3v Si 3 Si 4 Si 3 Si 4 X. T. Trinh, K. Szász, T. Hornos, K. Kawahara, J. Suda, T. Kimoto, A. Gali, E. Janzén and N. T. Son: Large scale density functional theory supercell simulation and electron paramagnetic resonance study on the negative-u carbon vacancy in 4H-SiC: assessment of the charge correction schemes and identification of the negative carbon vacancy at quasi-cubic site. (beküldve PRB-be) Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 7/ 13

8 2. PBE vagy HSE? Si 1 A 1c : a törzselektronok spinpolarizációjából eredő járulék PBE (MHz) atom A xx A yy A zz A 1c Si 3, Si 5, C 1, HSE (MHz) atom A xx A yy A zz A 1c Si 3, Si 5, C 1, Kísérlet (MHz) atom A xx A yy A zz Si 3, Si 5, C 1, Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 8/ 13

Gali: Hyperfine couplings of point defects in semiconductors by hybrid density functional calculations: the role of core

9 Vizsgálat különböző félvezetőkben levő fontosabb vagy jól ismert ponthibákra - kísérleti hiperfinom értékek reprodukálása K. Szász, T. Hornos, M. Marsman and A. Gali: Hyperfine couplings of point defects in semiconductors by hybrid density functional calculations: the role of core spin-polarization. (beküldve PRB-be) Nitrogén vakancia pár gyémántban (NV ) C 1 3 (MHz) A xx A yy A zz A 1c PBE HSE Kísérlet Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 9/ 13

Szilícium vakancia 4H-SiC-ban (V Si (h,k)) C 1 (h) (MHz)

A xx A yy A zz A 1c PBE 41.5 41.5 90.1-18.0 HSE 52.1 52.

2 Si 1,2 (MHz) A xx A yy A zz A 1c PBE -326.7-323.9-393.

10 Szilícium vakancia 4H-SiC-ban (V Si (h,k)) C 1 (h) (MHz) A xx A yy A zz A 1c PBE HSE Kísérlet Szubsztitúciós oxigén atom Si-ban (VO ) C 1 (k) (MHz) A xx A yy A zz A 1c PBE HSE Kísérlet Si 1,2 (MHz) A xx A yy A zz A 1c PBE HSE Kísérlet Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 10/ 13

Foszfor vakancia pár Si-ban (PV 0 ) (a) Si 3 2.96 Å 3.57 Å P 3.57 Å Si 1 (b) Si 3 3.14 Å 3.56 Å P Si 1 3.14 Å Si 1 (MHz) A xx A yy A zz A 1c PBE -245.8-245.6-390.1 1.5 HSE -253.4-252.9-431.9 2.

11 Foszfor vakancia pár Si-ban (PV 0 ) (a) Si Å 3.57 Å P 3.57 Å Si 1 (b) Si Å 3.56 Å P Si Å Si 1 (MHz) A xx A yy A zz A 1c PBE HSE Kísérlet system isotope PBE without A 1c PBE with A 1c HSE without A 1c HSE with A 1c NV 13 C 0.32(0.41) 21.04(29.11) 18.27(25.83) 3.77(4.70) V Si (k) 13 C 20.87(8.87) 22.72(9.12) 47.69(20.38) 2.03(1.49) V Si (h) 13 C 21.34(9.54) 23.37(9.18) 46.75(20.64) 5.11(2.73) VO 29 Si 15.23(62.22) 14.68(59.99) 1.62 (6.42) 0.93(3.62) PV 29 Si 15.63(53.01) 16.07(54.48) 10.84(34.09) 11.46(36.14) MAE MSE HSE funkcionál használata és a törzselektronok korrekciója együtt írja le helyesen a rendszer fizikáját. Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 11/ 13

12 Aktuális feladatok Divakancia 3C-/4H-/6H-SiC-ban: hiperfinom számítás több konfigurációra (pl. hk, hk1) alap és gerjesztett állapotban. ODMR mérések és D tenzor. GaN-beli mélynívójú elektromosan töltött ponthibák (pl.: V N -V Ga, V Ga ) vizsgálata Disszertáció elkészítése Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 12/ 13

13 Publikációk 1. N.T. Son, X. T. Trinh, A. Gällström, S. Leone, O. Kordina, and E. Janzén; K. Szász, V. Ivády and A. Gali: J. Appl. Phys., (2012) 2. K. Szász, I. Bakonyi: Modeling the magnetoresistance vs. field curves of GMR multilayers with antiferromagnetic and/or orthogonal coupling by assuming single-domain state and coherent rotation. Journal of Spintronics and Magnetic Nanomaterials 1, 157 (2012) 3. X. T. Trinh, K. Szász, T. Hornos, K. Kawahara, J. Suda, T. Kimoto, A. Gali, E. Janzén and N. T. Son: Large scale density functional theory supercell simulation and electron paramagnetic resonance study on the negative-u carbon vacancy in 4H-SiC: assessment of the charge correction schemes and identification of the negative carbon vacancy at quasi-cubic site. (beküldve PRB-be) 4. K. Szász, T. Hornos, M. Marsman and A. Gali: Hyperfine couplings of point defects in semiconductors by hybrid density functional calculations: the role of core spin-polarization. (beküldve PRB-be) Köszönöm a figyelmet! Szász Krisztián Ponthibák azonosítása 13/ 13

Hasonló dokumentumok

OTKA Nyilvántartási szám: K67886

OTKA Nyilvántartási szám: K67886 ZÁRÓJELENTÉS Témavezető neve: Gali Ádám ZÁRÓJELENTÉS A téma címe: Ponthibák vizsgálata széles tiltott sávú anyagokban a standard sűrűségfunkcionál elméleteken túli módszerekkel