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Understanding the interplay between thermodynamics and surface kinetics in the growth of dilute nitride alloys from first principles [Elektronische Ressource] / Hazem Abu-Farsakh

De
157 pages
oUnderstomandingNitridetheAbuInterplaofyysBetweenPrinciplesThermodarsakhynamicswthandDiluteSurfAlloaFrceFirstKineticsHazeminFtheGr010Understrer.andingPromotionsktheBeisitzerIntertplaLiscyhBetweenagThermod06.07.2010ynamAiProf.cshandGeroSurfrer.aEvceung:KineticsmindertheaderbornGrFoVwthphil.ofaDiluteProf.NitrideWAllohmidtysProf.FrJ?rgorer.mRaulsFirstEinreicPrinciples.DisseragthenaantionUniversti?zurPErlangungHazemdesbuakademischenarsakhGradesommission:DoktororsitzenderderDr.NaKlausturhkwissenschaftenGutac(Dr.terrer.Dr.nanat.t.)olfvScorGutacgelegtterdemDr.Depnat.arNeugebauertmentDr.Physiknat.deraFTakulderth?17.05t2f?rTNadertur?ndlicwPr?fung:issenschaftenmyTaoJasminmyandwifedaughterLareldAecsuknojowledgmenrsttsplaceThiscareweorkGrabwthankowhouandlddeeplynotahasuppvinewbineenwpydinossiblelikwithmakingoIusisterstthisahern.umthankbtherIofBopdeopledevtoewhomproIspwGermanosou?rmannldeortslikGerman.emtoyexpressstudymaythesimncerehathanks.allIIwyoulunderstandidduringlikforeme.rsttertospexpress2010mInyoulddeepthankestkgratitudedutotomcoyt.supdervisorthankProf.wskiDr.hisJ?rgyNeugebauerwhenforedgiving.maeetheritzexcellenUgurtthopptranslatingortunitaryywtotowparenorkortedinterestthisyenxcitiangfromprogratefuljectvandortforparenprobrothers.vidingeanyexcellenlotteriowsporkingtoenLaravironmenvt.andJ?rgsupphaswalwyaeingysboered,hisyfullforsupptimeort,tguidance,D?sseldorf,encourage,kindandort.understanding.
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oUnderstomandingNitridetheAbuInterplaofyysBetweenPrinciplesThermodarsakhynamicswthandDiluteSurfAlloaFrceFirstKineticsHazeminFtheGr010Understrer.andingPromotionsktheBeisitzerIntertplaLiscyhBetweenagThermod06.07.2010ynamAiProf.cshandGeroSurfrer.aEvceung:KineticsmindertheaderbornGrFoVwthphil.ofaDiluteProf.NitrideWAllohmidtysProf.FrJ?rgorer.mRaulsFirstEinreicPrinciples.DisseragthenaantionUniversti?zurPErlangungHazemdesbuakademischenarsakhGradesommission:DoktororsitzenderderDr.NaKlausturhkwissenschaftenGutac(Dr.terrer.Dr.nanat.t.)olfvScorGutacgelegtterdemDr.Depnat.arNeugebauertmentDr.Physiknat.deraFTakulderth?17.05t2f?rTNadertur?ndlicwPr?fung:issenschaftenmyTaoJasminmyandwifedaughterLareldAecsuknojowledgmenrsttsplaceThiscareweorkGrabwthankowhouandlddeeplynotahasuppvinewbineenwpydinossiblelikwithmakingoIusisterstthisahern.umthankbtherIofBopdeopledevtoewhomproIspwGermanosou?rmannldeortslikGerman.emtoyexpressstudymaythesimncerehathanks.allIIwyoulunderstandidduringlikforeme.rsttertospexpress2010mInyoulddeepthankestkgratitudedutotomcoyt.supdervisorthankProf.wskiDr.hisJ?rgyNeugebauerwhenforedgiving.maeetheritzexcellenUgurtthopptranslatingortunitaryywtotowparenorkortedinterestthisyenxcitiangfromprogratefuljectvandortforparenprobrothers.vidingeanyexcellenlotteriowsporkingtoenLaravironmenvt.andJ?rgsupphaswalwyaeingysboered,hisyfullforsupptimeort,tguidance,D?sseldorf,encourage,kindandort.understanding.particular,ThroughoutwmalikntoySixtenfruitfulecdiscussionswhowithtrohimceImehathevofedegainedelopmenaIlotouloflikknotowledgeBlazejandolearnedforhovidingwhelptomancthingshallengeeciallyobstaclesIinarrivscientotiyIcouldresearclh.likItowFoulKdandlikAefortoeirthankinDther.mmMartintoAlbrecIhouldteandthankhisygrouptsatsuppthemInstitutinf?rinKristallz?mcPhDhitungainfarBerlinwforythethem.exampforerimenlotaelsuppcollaboforationyandts,theandfIruitfulvdiscussimissodnous.aIduringwpouldd.likameeciallytogratefulthankmmwifeyforcolleaguesloate,theng,departmenendlesstandofortcomputationalthismaterialsorkdesignThankatouthebMax-Plancalwk-Institutysf?resideEisenforscFinallyhIungmindaughD?sseldorfJasminforthetheiryfulenIcoenuwiraher.gemenMaytVandVIunsZusammenfassunghSeitoneinimgeitsgrenzenenhendenJahrenHauptzielgibtwireswgro?eshkInaufwteressegroandiedilutegennitrierst?ndnisdedallodysonzen-ThermoGruppheneeinIietenIZuI-VompHalbleiterntermitbasiertengeringerEnBeimiscrealistischgaranungerstenanhkSticnksto.hDiedMiscgenauehhstumsbunghnvMononKristallenkndenonwvunktionenVItionellenundIZielIecI-VulationenHalbleiternhmitacNyf?hrtlzureceineristarkderenKVhreibungerbiegunkleinerengdiesenderorhersagenBandl?cehkbeSunddieseer?netkdamithkeinenL?slicvielhevinersprecehendencAnsatz,unktiondiewieoptircscbasierendhenKEigenscf?rhafteninzuObkImoL?slicnObtrollieren.gr??erDieseer-einhstumsbzigaortiengleis-evEigenscumhafterreicmaciesemhetaligesolcherheten-LegierungenLegierungenJedoinf?rteressanulationenthenf?rtevhlierschhidenedenstetensiv.AArbndaherwwicenduwngendenvumoneInfrarot-LasernhbisvhineilsystemenzuundTgenauesandem-dPhotoerzielen.veiloltaik-Solarzellen.nW?hrendProblemurspr?nhr?nktenglicvhkstodieAns?tzeRealisierh?herungInsbsolctrierenherdieLegierungendiealserh?heinfaceithObangenommenenwurde,wiestelltePraxissickh.dieepraktiscderhealsRealisierungWmitngungenHL?slicilferdvdieondetaillierterKristallderwundacbinationhstums-imTN-Suecihnikundenwiealsob?bierauszumscdassheitwieriganheraus.hEintlicgro?essoProblemomplexeresstelltalsdieWextregmAusgehendgeringediesenL?slicnhkbeiteinenvtungsf?higenonvielNersprecinZugangIdiesesIzuI-Vhen.HalbleiterndimZwthermokdynamiscsindhen?skGleicSimhgewicsolchMehr-Ktonendar.wicWtig.eiterecProblemesindenWtste-hstumssimhenundurealistiscrcShsdiemsgr??enstarkausscee?r?umlicicheab-initioVMethoerteilungzusoheninwieDasddiesereeitrstTdieendenztzurklungPhasenseparationnotundendi-3DMethoInselwundaconzeptehstum.eineW?hrendheineBescVielzahldurcexpSierimenulationenteonlTlerzuAnstierentremitneingungenVenuntsprecVhendenzuProb-Imleml?sungenTgewidmetbist,abliebdelneindasVdererst?ndnisescderL?slicgrundlegendeneitMeconhanismenticdieserunWdiskutierenacumhzus-etumssc.hesonderewierigkonzeneitenwirbisheraufaus.M?glicUmeiten,diedurcN-Kdieonzentetrationhkzuanerh?hen,erdieer?cQualigegebt?sintundzudiesevdererbumgesetztessernerdenso?nnwiendieEinelokBalesAnord-hreibungnN-KutrationngFderderAactomeedizusokderonhktrollieren,wiistdueinhtheoretiscBerechesungVPhasen-Stabilit?ts-Diagrammeerst?ndnisaufderab-initiogrundynamikdlegendeninphomysikmitalis-te-Carlo-SculationenhendieMecbstitutionsm?glichanismen,edietendGaAsaInAsssoWdenacer-/Subhstuer?cmerzderelt.IGegensatzIKristallI-Vwir,vdieerd?nnhktenvSticNkstodenLegierungener?caufenatom-esenarerhEbistenewiebkeeinussen,Verforderlichaltenh.FHodercachmoedingunderneenab-initioeist.SimvulnaResultatentiIoerwwsolltenerdenevoptimaleerstandeneWer?cacundhstumsbhselwirkungedingungendetailliertenf?rtionellendieisStichksto-BeimischstumsbhScungSundAufkinetierhalten.scProtothehreibbarPfadeypiscderObAerzieltendatomdiusionAufzeigenveits-orhergesagt,imumximiereneinehiermaximalemenSticderksto-Kconzenhgef?hrtentrationaczuenerzielen.sindAnscten-Systemehlie?endbzw.wirdindietObacer?Einchhen-Kinetikinanalysiert.dieIngen:einemenerstenfSchhrittkre-oksto-Einneitezensictrierenerst?ndniswirundunsadarauf,isteindiekAnompletteszungVdiesererst?ndnisesderiN-Adidatom-Diusionangemerkt,aufeltenderallgemeinGaAsstudierteObgitterfehlangepassteer?ckhes?tzenzuapproerhaltenI,SubwnicastersicMBEhedingungenalsdabaufesondersheherausforderndeshProblemist.darstellt.ArbDaserm?glickngomplizierteScDiu-hsionsvaerhaltenbaumecf?hrtazun?cL?slichstlassenzuWeideni,nemerimenZusammenwbrucdenhzuderEinekhongerung,vausenonnenentionellenWHerangehenswheneisenN-Aundq?blic?henksto-LegierungenMethoIdendenriebkr?ftezurunDiusions-Anorrelationenaorrelationenlhenyidense.derAusgehendeitvulationenonerstmalseinerblicgr?ndlicdiehenvAnalysenitridesiden-hlie?endtizierendiewirwicdiedzugrundeMetholiegendenwProblemedasundstelltenf?rtompwicdiekvelnhenehnurtsprecbhend.ekstoL?sungen.derImobzwheeitenhScunhrittthenbWetrachstumsbhrealisierbartent,wirderm?glicbauhederkinetiscer?chekinetiscPfadedeutlicf?brorzugtdieDieInkdieserorpeitorationErgebnissevhenonAbleituSticwickstotigeraufhlussfolgerun-undDurcundasterhalbderderktivObEiner?chanismenhe.basierendF?urdendiesehkObPhasen-Diagrammener?csichendiewacerdenedingungendietirelevzierenandietenExpDiusionspfadetimalisiertDetailerdenstudiertumsoSticwiebaudiemadamit.vzwerbundenenwicBarrierentigeuhlussfol-nddiediehkdemorrespgewondierendenVReaktion-dersratenecunzwiscterIn-tdenypisctoheninWuacrternhstumstempreneraturenticbergibt,estimmdiet.tizierungBasierendTauff?rdiesenbisherResulvtaKtenundundtikmitderHilfehemiscvZusammenset-ozuntizieren.kinetiscGrundheninMonArbte-Carlo-SimdurculationenSimkgelangonndamitteeinendieEinDiusionksonwieWderhstumsprozesseEinonbaulutevzuonAbscSticseikstoatomendassvhierolltst?knundigvanalysiertendetenunddenvanerstandenendbarwerden.hierEineLegierungssystemwiceinenhyptigestarkScMehr-Khlussfolgerungonendieserdar,Ergebnissemitist,ondassenimtheoretiscGegensatzAn-zumnicbisherigentVnerst?ndnis,sehrderximativEinescbausindvVIonISticcomSummarytheDilutetratenitridediscussallogroys,pobtainedanbemployConincorpacoratingproblem.amethosmallalloamounrsttossibilitiesofNnitrogenconceninsignicanInIfoI-Vatsemicon-ulationsductors,realishaobvethethisattractedallaissueconsiderable,inyteresttheinattheewthpastthefewcomplexygroears.thatAllotrationying,ofofconoutvviorenHotionalsimIfullyIprohibitivI-VthissemicoofnconceptsductorsowithlNpredictionsresultsulations.inwaNlargeincreaseband-gapcusbenhancedoitwingpractice.andythGaAsususingoerste-CarloanaccurateinaterestithengwrouteNtosconastrolonopticalNproppatherties.emploThisaximuniqueAfterproprfaceertstepyamadeththiswhalloaybarstpromisinghighlymaterialevforgrosevforeralsystemapplicationsonrangingisfromTheienfraredisandelopmenmid-infrarednecessaryldologiesaaserusdioercomdeshtoandmunderstandingulti-junctiononphotoatomisticvtholtaicasoaddresslfayrhescells.PWhileeotheribgsolubihonallybexpedectedcalculatintostabbdiagramseineasyInAstoandrealize,thermothwitheulationsactualvidefabricationofofasucofhandalloyystobndyyemsurfacesplargerlowsyingehacrystalfunctiongroconditions.wthresults,tecconditionshniquesorationhasthebaeenbcedhallengingeinNpractice.reAwma-onjorSpcahallengeeforactheunderstandirealizationdiusionofNtheseGaAsallohybsciscomplexthehextremelyforlosimwareequilibriumdesirable.Nwsolubiliter,yerforminginwthIulationsIaI-Vticsemiconductors.sizeOtherbasedcab-initiohallengesdsincludecomputationallylargee.spatialmaincompjectivositioninuthesiscthereforetudevationstandthethemtendencyoforandphasethseparationtandw3Dtoislandvgroewth.cWhileanlengeuobtainmaccurateerousandexpbasederimensmtal-scaleeortssimhaInveepbrteenedtheevootedlimitedtosolubilitoandvapproacercometotheseit.carticularlyhallenges,wanfounderstandingonofptheoeredbasicyreasonssurfaceleadingilittoandthesewgrocanwthedicultiesyisinsoByfgadetailedrilitlacphaseking.forInsubstitutionsorderbulktoandenhanceandNsurfacesincorpsubsurfacesoration,ab-initioimprodynamicsvbinedeMonqualitsimyw,proandanconmeasuretrolNthetrationloscalfunctionordergroofconditionsatoms,determineasolubilittheoreticallimits.understanditraryngbulk,ofethethatbasicsolubilitphofysicalatmecishanismstlythatandconhotroalbtheviorgroawthofofwthIBasedItheseI-Voptimaldilutewthnitrideforalloincorpysaatdthekineticatomicwlevyelshouldisethereforeycrucial.toState-of-the-arthievrst-principlesm(umab-initioconcen)asimpredicted.uthatlationseprocusvidesuakinetics.pecicallyoinwrsterfulwandconcenaonpromisinghievingapproaccompletehngtotheacofhieveeadatomsththeissurface,goal.icTturnsotoaccuratelyedescribparticularlyehallengingtheseThemdiusionulti-compeonenatleadsallotheys,IXlarge-scaleadditionallytimeetounderstandingthewthbreakdoidenwnoffunctionalththeNconcompvWenetionalresults.approaconhesyandtied.methoehadsysusuallyhemploalloydiluteededtousaonennapproacalyyzemecdiusion.phaseBaseddontoaconcencarefulisanalysisinwwequaternaryidenatifyvtheforunderlyinganitcorrelations.reasonshievandgdevforeloptheappropriateedtecsystemhniqudesehighly-mismatcsaretovoonvirst,ercomeealingthisincorpproblem.andInsolubilitathesecondthatstepewinehievconsiderhighestthearepsecondossiblebknderstandingictionneticbpathInwinanitrideyseforlesurface/subsurfacetheincorpngorationnofpN.correlationsWwetoexamineathesethpathwthwalloarstysnoteindsdetailemploandaredetermineallothehereassovciatedprototbarriersunderstandingandmthesystemscorresptoondyingtionalreactiones.ratestheseunderFtbypicalrevgrothewthNtemporationeratures.hanismBasedbasedonthetheseyresultsdiagrams,andgrowithconditionstheshoulhelpbofemplokineticedMonpracticeteacCarloesiemNulationstrationwideneAareconsequenceablethattoyfullyuanalyzetheandteraunderstandbNviordiusionetandeentheirandincorpatomsorationthemecdilutehanisms.alloInwconaretrastbtotowhattifywdriasipreviouslymecbaelievismsed,thewuzzlingeositionalndandthatThistheorksubsurfacewsincorpacorationeoffullNofcanneorotofbnitrideeysrealizedtheundertime.teypicalthatMBEmethogroderivwthandconditions,ywhileheretheirgeneralincorptheorationyatstudiedthethtopmostprosurfaceilaayyperforisothereasilyhedaculti-comphievtable.thatImpdicultortandescribtbconsequenconcenestheoreticalarehrealizedXbased

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