Simulação computacional do crescimento epitaxial de CdTe sobre Si(111)

Abstract

Muitas aplicações para o CdTe têm sido propostas no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos de baixo custo e alta eficiência, como células solares e detectores de raios X e raios gama. Particularmente a técnica Epitaxia de Paredes Quentes (Hot Wall Epitaxy - HWE) de crescimento de filmes finos tem sido usada no departamento de Física da Universidade Federal de Viçosa em vários experimentos [1, 2]. Recentemente foi proposto por Ferreira e Ferreira [3] um modelo para este crescimento que inclui a difusão e evaporação governadas por configurações microscópicas locais. Este modelo descreve a formação de pontos quânticos de CdTe sobre Si por HWE, processo que segue o modo de crescimento Volmer-Weber. Neste trabalho, estudamos o comportamento do modelo citado para tempos longos, o que não foi apresentado no trabalho original; propomos uma modificação para tornar a difusão simétrica, e estendemos o modelo para duas dimensões, utilizando uma rede triangular para representar o substrato de Si(111). Os resultados apresentados mostram que o modelo proposto, com pequenas modificações, descreve qualitativamente os experimentos de crescimento de CdTe sobre Si(111). Observou-se em uma dimensão que os expoentes dependem da temperatura, em concordância com Ferreira, Ribeiro, et al. [4]. Em duas dimensões, observou-se a formação de ilhas mesmo para apenas uma monocamada depositada, de acordo com o modo de Volmer-Weber observado experimentalmente. Para o número de ilhas em função da temperatura, observou-se dois regimes diferentes, um deles compatível com os resultados experimentais de Ferreira, Paiva, et al. [1].Several applications of CdTe have been proposed in the development of low cost and high-effcient electronic devices such as solar cells, gamma and X-ray nuclear detectors. Particularly, the HotWall Epitaxy (HWE) method for thin films growth has been used in several experiments at Universidade Federal de Viçosa [1, 2]. Recently, a model was proposed by Ferreira and Ferreira [3] to study this kind of growth, including diffusion and desorption governed by local microscopic configurations. This model describes the formation of CdTe quantum dots on Si substrates using HWE, which obeys the Volmer-Weber growth mode. In this work, we analyze the scaling behavior of such model for long deposition time, not previously considered; we propose a change in the model in order to achieve the diffusion between terraces symmetry. Finally, we extended the model to 2+1 dimensions, using a triangular lattice that represents the Si(111) substrate. The presented results show that this proposed model, with some changes, can qualitatively describe the experiments of CdTe epitaxial growth on Si(111). In one dimension we observed a dependence of the growth exponent with temperature, in agreement with Ferreira, Ribeiro, et al. [4]. In two dimensions, island formation was observed, even for just one monolayer of deposited material, following the Volmer-Weber growth mode experimentally observed. Examining the number of islands as a function of the temperature, we found two different growth regimes, one of them compatible with the experimental results of Ferreira, Paiva, et al. [1].