Tratamento de Orbital Molecular para Níveis Profundos em Semicondutores: Nitrogênio Substitucional e a Vacância de Rede no Diamante

Um nível de defeito profundo em um semicondutor é simulado por um aglomerado de átomos da matriz ao redor do defeito. O sistema é então tratado como uma "grande molécula," os níveis de energia e funções de onda para todo o aglomerado sendo obtidos usando técnicas de orbital molecular. Como exemplos, a impureza de átomo de nitrogênio substitucional e a vacância de rede no diamante são tratadas em algum detalhe. A técnica de orbital molecular usada nesses exemplos é a teoria de Huckel estendida (EHT) e aglomerados de até 70 átomos são considerados. Os resultados de um tratamento EHT de diamante em bloco mostram fornecer uma descrição adequada das bandas. Relaxações de rede são investigadas e mostradas como uma parte importante do problema de nível profundo. Funções de onda são obtidas e comparadas aos resultados de EPR para nitrogênio no diamante. O acordo entre teoria e experimento é considerado muito bom. Para a vacância, os resultados teóricos são comparados ao trabalho experimental sobre a vacância no silício. Uma comparação com o tratamento de "molécula-defeito" de Coulson---Kearsley---Yamaguchi da vacância também é fornecida. Conclui-se que essa abordagem de aglomerado é altamente promissora para o problema de nível profundo. Ao longo de todo o texto, o insight físico proporcionado pelos cálculos na compreensão das características dos centros de defeito é enfatizado.