Modos vibracionales en heteroestructuras semiconductoras

Abstract

En este trabajo se estudian los modos vibracionales tanto en el masivo como en heteroestructuras semiconductoras. Partiendo de las ecuaciones clásicas de la dinámica de la red se plantea el problema general de las oscilaciones considerando la interacción hasta un número determinado de vecinos y se escriben las ecuaciones en las principales direcciones de alta simetría. Se reportan los valores numéricos de las constantes de fuerza y las relaciones de dispersión para materiales con estructura diamante, zinc blenda y wurtzita. En el caso de las heteroestructuras se aplica un modelo fenomenológico continuo de onda larga al estudio de los modos vibracionales de nanohilos cilíndricos revestidos. Se determina el acoplamiento de los modos, la dependencia de la frecuencia con el vector de onda, las dimensiones del sistema y la influencia sobre los modos vibracionales de los esfuerzos que surgen en la interfaz. El modelo fenomenológico de onda larga se aplica para estudiar el transporte de fonones a través de una heteroestructura semiconductora. A partir de la ecuación de continuidad del sistema se obtiene un tiempo característico, análogo al tiempo de estancia para electrones; así como una relación analítica general entre los tiempos de transmisión y reflexión y el tiempo de estancia. Las propiedades básicas de la matriz de transferencia y la equivalencia de los tiempos de transmisión y reflexión son derivadas teóricamente partiendo de principios generales; tales como la invarianza ante la inversión en el tiempo y la invariancia ante la reflexión espacial de la ecuación de onda y la conservación del flujo de la densidad de energía. Se investiga un fenómeno análogo al efecto Hartman y se propone una posible explicación del mismo sobre la base de la saturación de la energía vibracional almacenada en la región de la barrera. Se introduce el concepto de impedancia generalizada y su posible aplicación en el cálculo de las amplitudes de las ondas en las diferentes regiones que conforman a una estructura arbitraria. Se realizan cálculos numéricos y analíticos para fonones acústicos y ópticos. En particular, se validan los resultados teóricos y experimentales para el caso de un reflector de Bragg distribuido fabricado de Silicio poroso. Los resultados de esta propuesta han sido publicados en 11 revistas arbitradas de circulación internacional y expuestos en 20 eventos de participación internacional. Además, han contribuido a la formación de recursos humanos los cuales se resumen en dos tesis de doctorados, una tesis de maestría y una tesis de grado. Avalan los resultados obtenidos diversos reconocimientos nacionales (3), la obtención de tres premios CITMA provinciales y destacados miembros de la comunidad científica nacional (2). Este trabajo es útil para el diseño de nuevos dispositivos fonónicos.