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Atomic scale characterization of semiconductor non-planar nanostructures / María de la Mata Fernández ; supervisor: Jordi Arbiol i Cobos ; tutor: Xavier Granados García
Mata Fernández, María de la
Arbiol i Cobos, Jordi, dir.
Granados García, Xavier, dir.
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física

Publicació: [Bellaterra] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2015
Descripció: 1 recurs electrònic (226 p.)
Resum: Las nanoestructuras semiconductoras son bloques de construcción con gran potencial para ser integrados en numerosos dispositivos tecnológicos, además de ser plataformas ideales para el estudio de principios físicos fundamentales. Para entender la formación y crecimiento se estas estructuras, deben ser caracterizas a nivel atómico. El conocimiento de las disposiciones atómicas exactas es muy útil para poder afrontar algunos interrogantes relacionados con los mecanismos de crecimiento que impulsan la formación de diversas nanoestructuras y permiten, por tanto, la síntesis inteligente de materiales con las propiedades buscadas. En esta tesis se llevan a cabo caracterizaciones atómicas detallas de compuestos semiconductores, AB, sintetizados bajo morfologías nanométricas no planares, a través de técnicas avanzadas de microscopía electrónica de transmisión, (S)TEM, junto con cálculos computacionales cuando se requieren, con especial hincapié en la visualización e identificación de columnas atómicas individuales. Identificando las especies atómicas y su posición dentro de la red cristalina del material hemos podido investigar temas relacionados con la polaridad, como el crecimiento unidireccional o la preservación / inversión de polaridad en una nanoestructura y sus implicaciones. El análisis de sistemas a nivel atómico se hace especialmente importante cuando más de un material compone las nanoestructuras, dado que el acoplamiento entre las distintas fases y la intercara creada entre ambos tienen un papel determinante en el comportamiento final del sistema. Dependiendo, principalmente, de los parámetros de red relativos de las fases cristalinas implicadas, y de la forma y tamaño de las nanoestructuras, la tensión generada en los cristales es liberada en forma de distorsiones plásticas y / o elásticas, que afectan de varias maneras el funcionamiento del dispositivo. Además, combinando diferentes materiales dentro de una misma nanoestructura se pueden crear arquitecturas más pequeñas, que ofrecen confinamiento cuántico bajo un determinado umbral dimensional, conocidas como estructuras cuánticas. Sus propiedades dependerán del número de dimensiones espacialmente confinadas, así como de su tamaño y naturaleza del material, por lo que deben analizarse cuidadosamente a escala atómica. A lo largo de esta disertación, cubrimos estos tres temas principales. La estructura del manuscrito es la siguiente: al capítulo introductorio (Capítulo 1), que plantea una visión general sobre las estructuras semiconductoras, especialmente centrado en nanohilos (incluyendo heteroestructuras y estructuras cuánticas); le sigue un capítulo describiendo la metodologiá empleada en los análisis en los que basamos los resultados (Capítulo 2), es decir, técnicas de (S)TEM, corrección de aberraciones en el microscopio, cómo medir la tensión estructural en las fases cristalinas y una breve explicación de cómo realizados las simulaciones y el empleo de otras herramientas informáticas. Los resultados se presentan divididos en cuatro capítulos: - El Capítulo 3 se centra en la determinación de la polaridad en nanohilos semiconductors binarios y sus implicaciones en otros sistemas con morfologías relacionadas (trípodes y tetrapodos). - El Capítulo 4, que también trata de polaridad pero, en esta ocasión en nanostructuras del tipo 2D. - En el Capítulo 5 se analizan los mecanismos de relajación de la tensión cristalina inducida al combinar distintas fases dentro de nanohilos. - El Capítulo 6 aborda la caracterización estructural y óptica de estructuras cuánticas dentro de nanoestructuras. Finalmente, el Capítulo 7 resume las principales conclusiones del manuscrito, junto con algunas perspectiva de futuro.
Resum: Semiconductor nanostructures are building blocks with high potential to be integrated in a wide variety of technological devices, in addition to be ideal platforms for the study of fundamental physical principles. Importantly, understanding the formation and behavior of these structures involves their characterization at atomic scale. Knowing the exact atomic arrangements is highly useful in order to face some questions related to the growth mechanisms promoting the formation of difierent nanostructures, and thus allowing the smart synthesis of materials with the exact sought properties. Along this thesis, we perform detailed atomic characterizations of binary compound (AB) semiconductor non-planar nanostructures, by means of (Scanning) Transmission Electron Microscopy ((S)TEM) techniques, along with computer simulations when needed, focusing on the visualization and identification of individual atomic columns. By the identification of the atomic constituents within the lattice crystal in the growing structure, we investigate polarity related issues, as the unidirectional polar growth or the polarity preservation/inversion. The system analyses at atomic scale becomes especially important when more than one material composes the nanostructures, since the matching among phases has a determining role in the system behavior. Mainly depending on the lattice misfit among the connected phases and the shape and size of the nanostructures, the mismatch strain will be released as plastic and/or elastic lattice distortions, afiecting difierently the performance of the system. Moreover, the combination of difierent materials allows the creation of smaller structures within the nanostructures, achieving quantum confinement under a certain threshold size, and known as quantum structures. The final properties of these architectures rely on the number of dimensions spatially confined, in addition to the nature of the material and their size, requiring accurate atomic characterizations. These three points are covered along this dissertation. The manuscript structure is the following: the introductory chapter (Chapter 1), giving an overview about semiconductor nanostructures, focused on nanowires, including heterostructures and quantum structures within nanowires, is followed by a chapter describing the methodology employed (Chapter 2) for the analyses performed, i. e. , (S)TEM techniques, aberration correction, strain measurements and image simulation and related computing tools. The results presented are divided in four chapters: - Chapter 3, focused on the polarity issue in binary compound nanowires, and its implications on other related systems (tripods and tetrapods). - Chapter 4, which also deals with the polarity, but in 2D-like nanostructures. - In Chapter 5, the relaxation mechanisms of the mismatch strain in heterostructured nanowires are analyzed. - Chapter 6 addressed the structural and optical characterization of quantum structures within nanostructures. Finally, Chapter 7 summarizes the main conclusions of the manuscript, along with a brief outlook.
Nota: Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física, 2015
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Llengua: Anglès.
Document: Tesis i dissertacions electròniques ; doctoralThesis ; publishedVersion
Matèria: Microscòpia electrònica de transmissió ; Microscopía electronica de transmisión ; Transmission electron microscopy ; Nanoestructures semiconductors ; Nanoestructuras semiconductores ; Semiconductor nanostructures ; Resolució atòmica ; Resolución atómica ; Atomic resolution
ISBN: 9788449057434

Adreça alternativa: http://hdl.handle.net/10803/322081


119 p, 5.5 MB

108 p, 4.5 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Tesis doctorals

 Registre creat el 2016-04-12, darrera modificació el 2016-06-04



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