Atomistic-continuum modeling of ultrafast laser-induced melting of silicon targets

In this work, we present an atomistic-continuum model for simulations of ultrafast laser-induced melting processes in semiconductors on the example of silicon. The kinetics of transient non-equilibrium phase transition mechanisms is addressed with MD method on the atomic level, whereas the laser light absorption, strong generated electron-phonon nonequilibrium, fast heat conduction, and photo-excited free carrier diffusion are accounted for with a continuum TTM-like model (called nTTM). First, we independently consider the applications of nTTM and MD for the description of silicon, and then construct the combined MD-nTTM model. Its development and thorough testing is followed by a comprehensive computational study of fast nonequilibrium processes induced in silicon by an ultrashort laser irradiation. The new model allowed to investigate the effect of laser-induced pressure and temperature of the lattice on the melting kinetics. Two competing melting mechanisms, heterogeneous and homogeneous, were identified in our big-scale simulations. Apart from the classical heterogeneous melting mechanism, the nucleation of the liquid phase homogeneously inside the material significantly contributes to the melting process. The simulations showed, that due to the open diamond structure of the crystal, the laser-generated internal compressive stresses reduce the crystal stability against the homogeneous melting. Consequently, the latter can take a massive character within several picoseconds upon the laser heating. Due to the large negative volume of melting of silicon, the material contracts upon the phase transition, relaxes the compressive stresses, and the subsequent melting proceeds heterogeneously until the excess of thermal energy is consumed. A series of simulations for a range of absorbed fluences allowed us to find the threshold fluence value at which homogeneous liquid nucleation starts contributing to the classical heterogeneous propagation of the solid-liquid interface. A series of simulations for a range of the material thicknesses showed that the sample width we chosen in our simulations (800 nm) corresponds to a thick sample. Additionally, in order to support the main conclusions, the results were verified for a different interatomic potential. Possible improvements of the model to account for nonthermal effects are discussed and certain restrictions on the suitable interatomic potentials are found. As a first step towards the inclusion of these effects into MD-nTTM, we performed nanometer-scale MD simulations with a new interatomic potential, designed to reproduce ab initio calculations at the laser-induced electronic temperature of 18946 K. The simulations demonstrated that, similarly to thermal melting, nonthermal phase transition occurs through nucleation. A series of simulations showed that higher (lower) initial pressure reinforces (hinders) the creation and the growth of nonthermal liquid nuclei. For the example of Si, the laser melting kinetics of semiconductors was found to be noticeably different from that of metals with a face-centered cubic crystal structure. The results of this study, therefore, have important implications for interpretation of experimental data on the kinetics of melting process of semiconductors.

Modification and Analysis of Group-13-Nitride Semiconductor Surfaces: Influence of Adsorbates on Device Characteristics and Processing

Im Rahmen dieser interdisziplinären Doktorarbeit wird eine (Al)GaN Halbleiteroberflächenmodifikation untersucht, mit dem Ziel eine verbesserte Grenzfläche zwischen dem Material und dem Dielektrikum zu erzeugen. Aufgrund von Oberflächenzuständen zeigen GaN basierte HEMT Strukturen üblicherweise große Einsatzspannungsverschiebungen. Bisher wurden zur Grenzflächenmodifikation besonders die Entfernung von Verunreinigungen wie Sauerstoff oder Kohlenstoff analysiert. Die nasschemischen Oberflächenbehandlungen werden vor der Abscheidung des Dielektrikums durchgeführt, wobei die Kontaminationen jedoch nicht vollständig entfernt werden können. In dieser Arbeit werden Modifikationen der Oberfläche in wässrigen Lösungen, in Gasen sowie in Plasma analysiert. Detaillierte Untersuchungen zeigen, dass die inerte (0001) c-Ebene der Oberfläche kaum reagiert, sondern hauptsächlich die weniger polaren r- und m- Ebenen. Dies kann deutlich beim Defektätzen sowie bei der thermischen Oxidation beobachtet werden. Einen weiteren Ansatz zur Oberflächenmodifikation stellen Plasmabehandlungen dar. Hierbei wird die Oberflächenterminierung durch eine nukleophile Substitution mit Lewis Basen, wie Fluorid, Chlorid oder Oxid verändert, wodurch sich die Elektronegativitätsdifferenz zwischen dem Metall und dem Anion im Vergleich zur Metall-Stickstoff Bindung erhöht. Dies führt gleichzeitig zu einer Erhöhung der Potentialdifferenz des Schottky Kontakts. Sauerstoff oder Fluor besitzen die nötige thermische Stabilität um während einer Silicium-nitridabscheidung an der (Al)GaN Oberfläche zu bleiben. Sauerstoffvariationen an der Oberfläche werden in NH3 bei 700°C, welches die nötigen Bedingungen für die Abscheidung darstellen, immer zu etwa 6-8% reduziert – solche Grenzflächen zeigen deswegen auch keine veränderten Ergebnisse in Einsatzspannungsuntersuchungen. Im Gegensatz dazu zeigt die fluorierte Oberfläche ein völlig neues elektrisches Verhalten: ein neuer dominanter Oberflächendonator mit einem schnellen Trapping und Detrapping Verhalten wird gefunden. Das Energieniveau dieses neuen, stabilen Donators liegt um ca. 0,5 eV tiefer in der Bandlücke als die ursprünglichen Energieniveaus der Oberflächenzustände. Physikalisch-chemische Oberflächen- und Grenzflächenuntersuchung mit XPS, AES oder SIMS erlauben keine eindeutige Schlussfolgerung, ob das Fluor nach der Si3N4 Abscheidung tatsächlich noch an der Grenzfläche vorhanden ist, oder einfach eine stabilere Oberflächenrekonstruktion induziert wurde, bei welcher es selbst nicht beteiligt ist. In beiden Fällen ist der neue Donator in einer Konzentration von 4x1013 at/cm-2 vorhanden. Diese Dichte entspricht einer Oberflächenkonzentration von etwa 1%, was genau an der Nachweisgrenze der spektroskopischen Methoden liegt. Jedoch werden die elektrischen Oberflächeneigenschaften durch die Oberflächenmodifikation deutlich verändert und ermöglichen eine potentiell weiter optimierbare Grenzfläche.

Mat??riel pour les sections Europ??ennes. 'Material para las secciones europeas'

Se presenta experiencia educativa que propone la elaboraci??n de materiales biling??es para la ense??anza del alumnado. Se realiza en el IES Virgen de la Caridad en Loja, Granada. Los objetivos son: dar la posibilidad al profesorado de elaborar su propio material en franc??s para su posterior aplicaci??n en clase; elaborar un material propio y pr??ctico en sinton??a con lo que hemos aprendido; plantear tareas al alumnado utilizando el franc??s como medio de comunicaci??n; conocer un poco m??s la realidad franc??s a trav??s de una prueba deportiva de tal envergadura, llev??ndolas a materias tan distintas como las matem??ticas y la geograf??a e historia.

Creaciones en educaci??n infantil a partir de material de desecho II

Se presenta experiencia educativa que propone el fomento de los valores de educaci??n ambiental y cuidado de la naturaleza entre el alumnado. Se realiza en el CEIP Dolores Romero Pozo en Cenes de la Vega, Granada. Los objetivos son: transformar materiales de desecho en objetos ??tiles y adecuados para la educaci??n infantil; desarrollar la creatividad del profesorado para potenciarla en su alumnado; concienciar del provecho, utilidad e importancia del reciclado para el cuidado del medio ambiente; crear recursos y materiales de aula que puedan ser elaborados por el propio alumnado; fomentar un clima de comunicaci??n y di??logo entre el profesorado del centro.

Elaboración y puesta en práctica de material sobre el 'Día de Andalucía' en un centro bilingüe.

Se presenta experiencia educativa que propone la creación de una unidad didáctica que desarrolla competencias propias del área de conocimiento del medio y de lengua castellana mediante el uso de la lengua extranjera. Se realiza en el CEIP Profesor Tierno Galván en Granada. Los objetivos son: conocer y utilizar adecuadamente el vocabulario de la unidad; conocer y situar las grandes zonas del relieve de la comunidad y su localidad; conocer los principales ríos de la comunidad y de su localidad; conocer y describir el clima de la comunidad y el de su localidad; conocer y comprender aspectos culturales, históricos y folclóricos de su comunidad y de su localidad; identificar textos expositivos; leer textos expositivos utilizando sencillas estrategias para su comprensión; elaborar un guión sencillo para exponer un tema; comprender instrucciones escritas; expresar de forma escrita y oral textos expositivos.

Reciclamos para elaborar nuestro material de aula

Se presenta experiencia educativa que propone el fomento del reciclaje como medio para elaborar materiales de aula. Se realiza en el CEIP San Miguel en la Armilla, Granada. Los objetivos son: desarrollar el gusto por el reciclaje dentro de nuestro entorno escolar, profesorado, alumnado y familias; crear materiales nuevos y ??tiles, desarrollando nuestra imaginaci??n; adoptar una actitud de consumo razonable y aprovechamiento de recursos naturales y artificiales; concienciar a toda nuestra comunidad educativa de lo importante que es el reciclado, aplicado en este caso a las aulas de educaci??n infantil; posibilitar al alumnado la capacidad de crear sus propios juguetes y materiales de uso escolar.

Elaboraci??n de material en ingl??s

Se presenta experiencia educativa que propone la elaboraci??n de una unidad did??ctica de ingl??s para primaria. Se realiza en el CEIP Victoria en Loja, Granada.

Elaboraci??n de material did??ctico para atender la diversidad en el aula

Se presenta experiencia educativa que propone la realizaci??n de fichas de trabajo para atender a la diversidad entre el alumnado. Se realiza en el IES Alfaguara en Loja, Granada. Los objetivos son: dar respuesta a las necesidades que se plantean en el aula teniendo en cuenta la diversidad del alumnado; adaptar los contenidos a los distintos niveles de competencia curricular; incluir a todos los discentes en el proceso de ense??anza-aprendizaje; crear materiales did??cticos que se adapten a diversos contextos y metodolog??as de trabajo; aumentar la autoestima del alumnado; desarrollar la capacidad de aprender a aprender.

Autoedición de material curricular del área de lengua castellana y literatura, para el aprendizaje y motivación de la lectura y recuperación de los problemas de comunicación en las etapas de Educación Infantil y primer ciclo de Educación Primaria.

Se presenta memoria final de proyecto educativo que propone la recopilación de las producciones literarias elaboradas en el aula e intercambiarlas con otros centros como recursos educativos de interés, utilizando nuevas tecnologías informáticas. Se realiza en el CEIP La Esperanza en Cantillana, Sevilla. Los objetivos son: intercambiar experiencias entre centros educativos; utilizar las nuevas tecnologías como una herramienta al servicio de la educación y de la creación curricular; elaborar recursos didácticos contextualizados; implicar a las familias en una dinámica rica en estímulos orales y escritos en coherencia con el paradigma de lectura emergente. El proceso consta de varias fases: 1, aprendizaje y familiarización con aplicaciones de maquetación y edición; 2, reuniones con el equipo técnico de coordinación pedagógica para plantear los recursos que se iban a desarrollar.

Resolución de problemas en el área de Ciencias de la Naturaleza de la ESO. Material de apoyo para actividades del profesorado.

La guía incluye material complementario: artículo de Ana Oyñobre, de Cuadernos de Pedagogía, sobre solución de problemas y otro de Herron et al.: Philosophy of teaching chemistry-Part II, publicado en Chem News y traducido por uno de los autores

La paz en el corazón de los conflictos. Material primaria 2001-2002.

Fichas de trabajo y de recursos para alumnos de educación primaria pensadas en forma de actividades para resolver conflictos de forma no violenta y establecer en el aula un ambiente proclive a su resolución pacífica, generando actitudes positivas, tolerantes y respetuosas. Las actividades van dirigidas separadamente a cada uno de los tres ciclos de primaria y las fichas de recursos incluyen: historias y cuentos, plástica, imágenes, documentos de trabajo y juegos.

UDICOM : unidades didácticas de compensatoria : material para alumnos de compensación educativa.

Unidades didácticas para alumnos de compensación educativa especialmente destinadas a aulas con niños inmigrantes y minorías étnicas que no entienden ni hablan castellano o presentan escaso vocabulario con la finalidad de acceder al currículum ordinario que están trabajando el resto de sus compañeros, partiendo de las necesidades de cada alumno. El cd contiene una guía general, once unidades didácticas y una prueba de evaluación inicial en las áreas de lenguaje y matemáticas.

Material de apoyo a la Educación Física para Primaria.

Programación de actividades dirigida a maestros especialistas en Educación Física y profesionales que realizan la tutoría del primer y segundo ciclo de Educación Primaria. Incluye fichas para trabajar dentro del aula y contempla los siguientes objetivos: dotar al alumno de un vocabulario específico de Educación Física, conectando, además, con temas transversales. Se estructura en los siguientes bloques temáticos: 1. El cuerpo: imagen y percepción; 2. El cuerpo: habilidades y destrezas; 3. El cuerpo: expresión y comunicación; 4. Higiene y salud corporal; 5. Los juegos.