Title
Ekscitonska struktura i optička svojstva poluprovodničkih nanotačaka i nanoprstenova
Creator
Arsoski, Vladimir
Copyright date
2013
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno 3.0 Srbija (CC BY-NC 3.0)
License description
Dozvoljavate umnožavanje, distribuciju i javno saopštavanje dela, i prerade, ako se navede ime autora na način odredjen od strane autora ili davaoca licence. Ova licenca ne dozvoljava komercijalnu upotrebu dela. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/rs/deed.sr_LATN Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 19.04.2013.
Other responsibilities
mentor
Tadić, Milan
član komisije
Raković, Dejan
član komisije
Romčević, Nebojša
član komisije
Radovanović, Jelena
član komisije
Matavulj, Petar
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Elektrotehnički fakultet
Alternative title
The exciton structure and optical properties of semiconductor nanodots and nanorings
Publisher
[V. Arsoski]
Format
PDF/A (193 lista)
description
Nanoelektronika - Nanostrukture–nanotačke / Nanoelectronics - Nanostructures–nanodots
Abstract (sr)
Ova disertacija se bavi proračunom stanja neutralnog ekscitona u
poluprovodničkim nanotačakama (kvantnim tačkama) i nanoprstenovima (kvantnim
prstenovima) i modelovanjem njihovih optičkih osobina. Neutralni eksciton je
kvazičestica koja predstavlja vezano stanje elektrona i šupljine izmeĎu kojih postoji
privlačna Coulombova sila. Iako je električno neutralan, polarizacija ekscitona je
konačna usled različitog konfiniranja elektrona i šupljine u nanotačkama. Ovo dovodi
do povoljnih uslova za manifestaciju efekata kvantne interferencije, kakav je ekscitonski
Aharonov-Bohmov (AB) efekat. Ovaj istaknuti efekat, koji otvara mogućnosti primene
nanotačaka i nanoprstenova u nanoelektronici i fotonici, uslovljen je sastavom i
morfologijom nanostrukture koji suštinski zavise od tehnologije koja se koristi za izradu
nanotačaka i nanoprstenova.
Stoga je u disertaciji dat sistematizovan prikaz novijih tehnika za formiranje
nanotačaka i nanoprstenova. Prva prikazana tehnika je modifikovana kapljična
epitaksija, koja se koristi za proizvodnju nenapregnutih GaAs/(Al,Ga)As nanotačaka,
čiji se oblik moţe kontrolisati izborom odreĎenih tehnoloških parametara. Druga
tehnika je Stranski-Krastanow (SK) mod narastanja, koji se koristi za proizvodnju
napregnutih nanotačaka, kao što su one od (In,Ga)As u matrici od GaAs. Dimenzije
ovih nanotačaka su reda nanometra, i paţljivom kontrolom parametara rasta ove
nanotačke se mogu pretvoriti u strukture slične prstenovima, koje se nazivaju
nanoprstenovi. MeĎutim, po rastu nanoprstena zaostaje tanak sloj unutar njegovog
nominalnog otvora, tako da topologija ove strukture nije dvostruko povezana. Dat je
sumarni pregled III-V poluprovodničkih jedinjenja i njihovih legura koje se koriste za
proizvodnju analiziranih nanotačaka i nanoprstenova. Prikazane su i diskutovane
formule koje se koriste za računanje parametara zonske strukture za datu temperaturu,
molski udeo itd.
Detaljno su opisani teorijski modeli analiziranih nanostruktura. Razmatrane su
osobenosti aksijalno simetričnih nanotačaka i nanoprstenova. Korišćena su dva modela
naprezanja koji su zasnovani na mehanici kontinuuma: kontinualno mehanički-model
iv
(CM) za slučaj kada je anizotropija elastičnih osobina prisutna u strukturi i jednostavni
model izotropne elastičnosti (IE). Pokazano je da se rezultati dva modela malo
meĎusobno razlikuju za analizirane aksijalno simetrične strukture. U slučaju
idealizovane geometrije sa strmim granicama na mestu heterospoja postojeći IE model
je sveden na numeričko rešavanje jednodimenzionih (1D) integrala...
Abstract (en)
The main objective of the presented thesis is the calculation of the neutral
exciton states in semiconductor nanodots (quantum dots) and nanorings (quantum
rings) and the modelling of their optical properties. The neutral exciton is a quasiparticle
that represents a bound state of the electron and hole which mutually interact by the
attractive Coulomb force. Although the exciton is an electrically neutral object, the
different confinement of the electron and hole in the nanodot brings about a finite
exciton polarization. This in turn establishes a favorable condition for the manifestation
of quantum interference effects, such as the excitonic Aharonov-Bohm (AB) effect. This
quantum effect, which opens up venues for practical applications of nanorings and
nanodots in nanoelectronics and photonics, is influenced by the composition and the
morphology of the specific nanostructure, which essentially depends on the technology
employed for the fabrication of those nanodots and nanorings.
Therefore, recent techniques for the fabrication of nanodots and nanorings are
systematically reviewed in the thesis. The first is the modified droplet epitaxy, which
allows the fabrication of unstrained GaAs/(Al,Ga)As nanodots, whose shape could be
easily controlled by varying certain technological parameters. The second technique is
the Stranski-Krastanow (SK) mode of epitaxial growth, which is employed to produce
strained nanodots, such as those made of (In,Ga)As in a matrix of GaAs. Their
dimensions are of the order of a few nanometers, and by careful control of the growth
parameters these nanodots can be turned into ring-like structures, which are called
nanorings. However, after growth a thin layer remains inside the nominal ring opening,
therefore they do not have double connected topology. The properties of III-V
semiconductor compounds and their alloys which are employed to fabricate the
analyzed nanodots and nanorings are reviewed. The formulas for computing various
band structure parameters for a given temperature, mole fraction etc. are given and
discussed.
The theoretical models of the analyzed nanodots are described in detail.
Peculiarities of the axially symmetric nanodots and nanorings are considered. I used two
vii
models of elasticity which are based on continuum mechanics: the continuummechanical
model (CM) was applied to the case when anisotropic elasticity is present in
the structure, and a simple model of isotropic elasticity (IE). I showed that the results of
those two models negligibly deviate from each other for the analyzed axially symmetric
structures. Furthermore, in the case of an idealized geometry with steep boundaries at
the heterojunction the results of the IE model could be reduced to one-dimensional (1D)
integrals that have to be calculated numerically...
Authors Key words
nanotačka, nanoprsten, kvantna tačka, kvantni prsten, Aharonov-Bohmov
efekat, eksciton, naprezanje, egzaktna dijagonalizacija, optička svojstva
Authors Key words
nanodot, nanoring, quantum dot, quantum ring, Aharonov-Bohm effect,
exciton, strain, exact diagonalization, optical properties
Classification
621.38:538.9
Subject
Poluprovodničke nanostrukture
Type
Tekst
Abstract (sr)
Ova disertacija se bavi proračunom stanja neutralnog ekscitona u
poluprovodničkim nanotačakama (kvantnim tačkama) i nanoprstenovima (kvantnim
prstenovima) i modelovanjem njihovih optičkih osobina. Neutralni eksciton je
kvazičestica koja predstavlja vezano stanje elektrona i šupljine izmeĎu kojih postoji
privlačna Coulombova sila. Iako je električno neutralan, polarizacija ekscitona je
konačna usled različitog konfiniranja elektrona i šupljine u nanotačkama. Ovo dovodi
do povoljnih uslova za manifestaciju efekata kvantne interferencije, kakav je ekscitonski
Aharonov-Bohmov (AB) efekat. Ovaj istaknuti efekat, koji otvara mogućnosti primene
nanotačaka i nanoprstenova u nanoelektronici i fotonici, uslovljen je sastavom i
morfologijom nanostrukture koji suštinski zavise od tehnologije koja se koristi za izradu
nanotačaka i nanoprstenova.
Stoga je u disertaciji dat sistematizovan prikaz novijih tehnika za formiranje
nanotačaka i nanoprstenova. Prva prikazana tehnika je modifikovana kapljična
epitaksija, koja se koristi za proizvodnju nenapregnutih GaAs/(Al,Ga)As nanotačaka,
čiji se oblik moţe kontrolisati izborom odreĎenih tehnoloških parametara. Druga
tehnika je Stranski-Krastanow (SK) mod narastanja, koji se koristi za proizvodnju
napregnutih nanotačaka, kao što su one od (In,Ga)As u matrici od GaAs. Dimenzije
ovih nanotačaka su reda nanometra, i paţljivom kontrolom parametara rasta ove
nanotačke se mogu pretvoriti u strukture slične prstenovima, koje se nazivaju
nanoprstenovi. MeĎutim, po rastu nanoprstena zaostaje tanak sloj unutar njegovog
nominalnog otvora, tako da topologija ove strukture nije dvostruko povezana. Dat je
sumarni pregled III-V poluprovodničkih jedinjenja i njihovih legura koje se koriste za
proizvodnju analiziranih nanotačaka i nanoprstenova. Prikazane su i diskutovane
formule koje se koriste za računanje parametara zonske strukture za datu temperaturu,
molski udeo itd.
Detaljno su opisani teorijski modeli analiziranih nanostruktura. Razmatrane su
osobenosti aksijalno simetričnih nanotačaka i nanoprstenova. Korišćena su dva modela
naprezanja koji su zasnovani na mehanici kontinuuma: kontinualno mehanički-model
iv
(CM) za slučaj kada je anizotropija elastičnih osobina prisutna u strukturi i jednostavni
model izotropne elastičnosti (IE). Pokazano je da se rezultati dva modela malo
meĎusobno razlikuju za analizirane aksijalno simetrične strukture. U slučaju
idealizovane geometrije sa strmim granicama na mestu heterospoja postojeći IE model
je sveden na numeričko rešavanje jednodimenzionih (1D) integrala...
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.