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Estudo teórico de defeitos intrínsecos em nanofios de telureto de estanho

Semiconductors nanowires are structures with dimension in order of nanometers that present a small energy gap and have great potencial for application in eletronic area. Among the applications of semiconductor nanowires are thermoelectric devices, in which temperature differences are converted into...

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Autor principal:	Souza, Taina Matendal de
Formato:	Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2021
Assuntos:	Nanotecnologia Semicondutores Termoeletricidade Nanotechnology Semiconductors Thermoelectricity CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24429
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id	riut-1-24429
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spelling	riut-1-244292021-02-26T06:11:16Z Estudo teórico de defeitos intrínsecos em nanofios de telureto de estanho Theoretical study of intrinsec defects in tin telluride nanowires Souza, Taina Matendal de Wrasse, Ernesto Osvaldo Wrasse, Ernesto Osvaldo Coutinho, Douglas José Aguiar, Kelen Menezes Flores Rossi de Nanotecnologia Semicondutores Termoeletricidade Nanotechnology Semiconductors Thermoelectricity CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA Semiconductors nanowires are structures with dimension in order of nanometers that present a small energy gap and have great potencial for application in eletronic area. Among the applications of semiconductor nanowires are thermoelectric devices, in which temperature differences are converted into electric current due to the Seebeck effect. One of the most widely used thermoelectric nanowires today is PbTe, however due to environmental concerns, substitute materials are sought. The purpose of this work was to replace lead with selenium, as the SnTe has the same crystal structure of rock salt of PbTe, and has shown to be a semiconductor nanowire with great potential. However, electronically, SnTe performs less than PbTe. Therefore, there is a need for an optimization in the thermal properties of the SnTe. t is known that defects can improve the properties of a material.This work evaluates the influence of defects (vacancies and antisites) in order to increase the thermoelectric efficiency of this material. Through computational calculations it was possible to define the most stable lattice parameters of the material, in both bulk and nanowire. After locating the site with the most stable energy for each defect, we performed simulations with and without the influence of spin orbit interaction in order to verify the changes that occurred in each one.We can conclude that the vacancy of Sn modifies the electronic properties in a similar way in bulk and nanowire, introducing defect levels inside the valence band, making this defect a good candidate for thermoeletric material. The other defects were not efficient because the TeSn antisite showed levels in the gap and the Te vacancy as well as the SnTe antisite did not show defect levels at the Fermi level, not very differentiating their electronic characteristics from the pristine semiconductor. Nanofios semicondutores são estruturas com dimensão na ordem de nanômetros que apresentam um gap de energia pequeno e possuem grande potencial de aplicação na área eletrônica. Dentre as aplicações de nanofios semicondutores estão os dispositivos termoelétricos, nos quais diferenças de temperatura são convertidas em corrente elétrica devido ao efeito Seebeck. Um dos nanofios termoelétricos mais utilizados atualmente é o Telureto de Chumbo (PbTe), porém devido a preocupações ambientais busca-se materiais substitutos. A proposta deste trabalho foi substituir o chumbo por estanho, pois o Telureto de Estanho (SnTe) possui a mesma estrutura cristalina de sal de rocha do PbTe, além de ter se mostrado um nanofio semicondutor com grande potencial. Porém, eletronicamente, o SnTe tem um desempenho inferior ao PbTe. Sendo assim, existe a necessidade de uma otimização nas propriedades termoelétricas do SnTe e sabe-se que defeitos podem melhorar as propriedades de um material. Neste trabalho avaliou-se a influência de defeitos (vacâncias e antissítios) visando o aumento da eficiência termoelétrica desse material. Através de cálculos computacionais foi possível definir os parâmetros de rede mais estáveis do material, tanto no bulk como no nanofio. Após localizar o sítio com energia mais estável de cada defeito realizamos simulações com e sem a influência da Interação Spin-Órbita (ISO) afim de verificar as mudanças ocorridas em cada um. Podemos concluir que a vacância de estanho modifica as propriedades eletrônicas de forma semelhante no bulk e nanofio, introduzindo níveis de defeito no interior da banda de valência, tornando este defeito um bom candidato a material Termoelétrico. Os outros defeitos não se mostraram eficientes, pois o antissítio de telúrio no lugar do estanho apresentou níveis no gap e a vacância de telúrio assim como o antissítio de estanho no lugar do telúrio não apresentaram níveis de defeito no nível de Fermi, não diferenciando muito suas características eletrônicas do semicondutor pristino. 2021-02-25T17:32:19Z 2021-02-25T17:32:19Z 2018-06-22 bachelorThesis SOUZA, Taina Matendal de. Estudo teórico de defeitos intrínsecos em nanofios de telureto de estanho. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnologia em Processos Químicos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2018. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24429 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Toledo Brasil Tecnologia em Processos Químicos UTFPR
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description	Semiconductors nanowires are structures with dimension in order of nanometers that present a small energy gap and have great potencial for application in eletronic area. Among the applications of semiconductor nanowires are thermoelectric devices, in which temperature differences are converted into electric current due to the Seebeck effect. One of the most widely used thermoelectric nanowires today is PbTe, however due to environmental concerns, substitute materials are sought. The purpose of this work was to replace lead with selenium, as the SnTe has the same crystal structure of rock salt of PbTe, and has shown to be a semiconductor nanowire with great potential. However, electronically, SnTe performs less than PbTe. Therefore, there is a need for an optimization in the thermal properties of the SnTe. t is known that defects can improve the properties of a material.This work evaluates the influence of defects (vacancies and antisites) in order to increase the thermoelectric efficiency of this material. Through computational calculations it was possible to define the most stable lattice parameters of the material, in both bulk and nanowire. After locating the site with the most stable energy for each defect, we performed simulations with and without the influence of spin orbit interaction in order to verify the changes that occurred in each one.We can conclude that the vacancy of Sn modifies the electronic properties in a similar way in bulk and nanowire, introducing defect levels inside the valence band, making this defect a good candidate for thermoeletric material. The other defects were not efficient because the TeSn antisite showed levels in the gap and the Te vacancy as well as the SnTe antisite did not show defect levels at the Fermi level, not very differentiating their electronic characteristics from the pristine semiconductor.
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Estudo teórico de defeitos intrínsecos em nanofios de telureto de estanho

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