Constante d'étirement des liaisons et de force de flexion des semi-conducteurs tétraédriques binaires

Introduction

Les semi-conducteurs coordonnés tétraédriquement de formule chimique AN B8−N ont été largement étudiés en raison de leur importance technique et scientifique.La plupart des semi-conducteurs utilisés dans l'industrie microélectronique moderne ont la structure cristallographique du zincblende.Les cristaux à structure de mélange de zinc vont des minéraux de fer brut et de zinc aux semi-conducteurs artificiels GaN et BN.La nature particulière omnitriangulée de la structure atomique donne à ces éléments matériaux aux propriétés physiques uniques.Un nombre considérable de travaux expérimentaux et théoriques ont été réalisés ces dernières années sur les propriétés structurelles, mécaniques et optiques de la blende de zinc (AIIIBV et AIIBVI). semi-conducteurs [1–4].La constante de force d’étirement de la liaison (α en N/m) et la constante de force de flexion de la liaison (β en N/m) des semi-conducteurs tétraédriques ont été un paramètre important à étudier car ces semi-conducteurs ont un potentiel applications dans une variété de dispositifs optoélectroniques tels que les circuits intégrés, les détecteurs, les lasers, les diodes électroluminescentes, les modulateurs et les filtres.En utilisant le modèle de champ de force de valence de Keating [5], les propriétés élastiques du zinc des solides blende avec une structure sphalérite ont été analysés par Martin [6] et plusieurs autres chercheurs [7,8].Un nombre considérable de divergences ont été constatées entre la théorie et l'expérience dans l'évaluation des modes de vibration sur le base des paramètres du modèle dérivés de données de constantes élastiques.Actuellement, des données de constantes élastiques plus fiables sont disponibles et diffèrent partiellement de celles obtenues par Martin [6].Selon l'analyse de Martin, la contribution de La force coulombienne appliquée aux constantes élastiques a été décrite en termes de charge effective macroscopique responsable de la division des modes optiques transversaux et longitudinaux.Lucovsky et coll.[9], a souligné que le La relation de Martin est incorrecte et que la contribution des forces coulombiennes aux constantes élastiques et aux fréquences optiques transversales doit être décrite en termes de charge effective localisée qui diffère de la charge macroscopique. charge efficace.Neumann [10-14] a étendu le modèle de Keating en considérant la charge efficace localisée pour tenir compte de la force coulombienne à longue portée et de l'interaction dipôle-dipôle dans l'analyse des propriétés vibrationnelles des systèmes binaires et ternaires. composés à structure sphalérite.Neumann [10–14] a pris des valeurs expérimentales d'ionicité des liaisons ( fi ) [8], pour déterminer la constante associée avec les équations.Les calculs ab initio pour la dynamique de réseau pour les semi-conducteurs BN et AlN ont été donnés par Karch et Bechstedt [15].Kumar [16] a étendu le modèle de Neumann en termes d'énergie plasmonique des solides, car, L'énergie du plasmon dépend du nombre d'électrons de valence.Des concepts théoriques tels que la valence, les rayons empiriques, l'électronégativité, l'ionicité et l'énergie des plasmons sont alors utiles [17,18].Ces concepts sont directement associés à caractère de la liaison chimique et fournissent ainsi des moyens pour expliquer et classer de nombreuses propriétés fondamentales des molécules et des solides.

Récemment, l'auteur [19-24] a calculé les propriétés électroniques, mécaniques et optiques à l'aide de la théorie de la charge ionique des solides.Cela est dû au fait que la charge ionique dépend du nombre d'électrons de valence, qui change lorsqu'un métal forme un composé.Par conséquent, nous avons pensé qu'il serait intéressant de donner une explication alternative pour la constante de force d'étirement de la liaison (α en N/m) et la constante de force de flexion de la liaison (β en N/m) de Solides structurés en mélange de zinc (AIIIBV et AIIBVI).

Théorie, résultats et discussion La constante de force d'étirement de la liaison (α) et de flexion de la liaison (β) dépend de la distance du voisin le plus proche obtenue à partir des données de vibration du réseau.De tels potentiels ont l'avantage de conserver le caractère répulsif et forces attractives sous la même forme mathématique.Neu main [10–14] et Harrison [25,26] ont décrit la forme la plus simple de potentiel interatomique.Les deux auteurs ont supposé que les parties répulsives et attractives de Les potentiels interatomiques sont décrits par la loi de puissance de la distance du plus proche voisin (d).Cette forme de potentiel pour l’énergie totale par paire d’atomes peut s’écrire [11] où αo et x sont des constantes.L'autre forme de potentiel est basée sur le potentiel Morse.Dans ce type de potentiel, les termes répulsif et attractif sont décrits par des fonctions exponentielles de la distance du voisin le plus proche.Le général La forme du potentiel Morse est donnée par [11] Fig. 1. Dans le tracé de log (α en N/m) et log d3, les semi-conducteurs AIII BV se trouvent sur une ligne presque parallèle à la ligne des semi-conducteurs AII BVI, qui dépend du produit des charges ioniques.Dans cette figure, toutes les liaisons expérimentales les valeurs constantes de la force d'étirement sont tirées de [10,11]. où C et D sont des constantes qui dépendent des structures cristallines et d est la distance du voisin le plus proche en Å.Z1 et Z2 sont respectivement les charges ioniques du cation et de l’anion.

Où A et S sont des constantes et la valeur des constantes est respectivement de 410 et 0,2.Z1 et Z2 sont respectivement la charge ionique du cation et de l'anion, et d est la distance du voisin le plus proche en Å.Ionicité de la liaison A-B dans le Semi-conducteurs AIIIBV et AIIBVI.

Dans les équations ci-dessus.(5) et (6), α est en N/m dans e V. En effet, l'énergie du plasmon dépend du nombre d'électrons de valence et la charge ionique dépend également du nombre d'électrons de valence, qui change lorsqu'un métal forme un composé. .Le constante de force d'étirement de la liaison (α) de AIIIBV et AIIBVI

En utilisant les valeurs rapportées de fi [27,28], Neumann [10] a tracé un graphique entre β/α et (1 − fi ) et une relation linéaire a été obtenue entre eux.Sur la base de l'ajustement des moindres carrés des points de données, la relation suivante a été Les semi-conducteurs obtenus présentent une relation linéaire lorsqu'ils sont tracés par rapport à la distance du voisin le plus proche, mais tombent sur des lignes droites différentes en fonction du produit de charge ionique des composés, présenté sur la figure 1. Nous observons celui de la courbe de la constante de force d'étirement de la liaison (α) et de la distance du voisin le plus proche ;les semi-conducteurs AIIIBV se trouvent sur une ligne presque parallèle à la ligne des semi-conducteurs AIIBVI.D'après la figure 1, il est tout à fait évident que le lien Les tendances de la constante de force d'étirement (α) dans ces composés diminuent avec l'augmentation de la distance entre les voisins les plus proches et tombent sur différentes lignes droites en fonction du produit de charge ionique des composés.

Dans les travaux précédents, [19–24], nous avons proposé des expressions simples pour les propriétés structurelles, électroniques, optiques et mécaniques telles que les constantes de réseau (a), les lacunes d'énergie hétéropolaires (Ec), moyennes. écarts d'énergie d'âge (Eg ), ionicité cristalline ( Fi ), constante diélectrique (ε∞ ), susceptibilité électronique (χ ), énergie de cohésion (Ecoh ), module de masse Où βo = 0,28 ± 0,01 est la constante de proportionnalité.

Dans des recherches précédentes, nous avons déjà défini que l'ionicité du cristal fi dépend du produit de la charge ionique et de la distance du voisin le plus proche [21].La constante de force de flexion de liaison (β) des semi-conducteurs AIIIBV et AIIBVI présente une courbe linéaire relation lorsqu'elle est tracée par rapport à la distance du voisin le plus proche, mais se situent sur des lignes droites différentes en fonction du produit de charge ionique des composés, présenté sur la figure 2. Nous observons que dans le tracé de la force de flexion de liaison constante (β) et distance du voisin le plus proche ;les semi-conducteurs AIIIBV se trouvent sur une ligne presque parallèle à la ligne des semi-conducteurs AIIBVI.D'après la figure 2, il est tout à fait évident que la constante de force de flexion de liaison (β) évolue dans ces les composés diminuent avec l'augmentation de la distance du voisin le plus proche et tombent sur des lignes droites différentes en fonction du produit de charge ionique des composés.D'après nos recherches précédentes [21] et Fig. 2, et anion, respectivement, et d est la distance du voisin le plus proche en Å.

Une discussion détaillée de la force interatomique pour ces matériaux a été donnée ailleurs [5–16] et ne sera pas présentée ici.Utilisation des équations.(10) et (12) la constante de force interatomique pour les semi-conducteurs AIIBVI et AIIIBV a été calculé.Les résultats sont présentés dans le tableau 1. Les valeurs calculées sont en bon accord avec les valeurs rapportées par les chercheurs antérieurs [10,11,16].

Conclusion

Nous arrivons à la conclusion que le produit des charges ioniques de tout composé est un paramètre clé pour calculer les propriétés physiques.La constante de force inter-atomique de ces matériaux est inversement liée à la distance du voisin le plus proche et dépend directement du produit des charges ioniques.D'après les Fig.1 et 2, nous observons que les points de données pour les semi-conducteurs AIIIBV tombent sur une ligne presque parallèle à la ligne pour les semi-conducteurs AIIBVI, ce qui signifie que la liaison ionique domine tous ces composés.Il convient également de noter que la relation empirique proposée est plus simple et largement applicable et que les valeurs sont en meilleur accord avec les données expérimentales que la relation empirique proposée par les précédents chercheurs [5–16].Nous avons raisonnablement réussi à calculer la constante de force d’étirement de la liaison (α en N/m) et la constante de force de flexion de la liaison (β en N/m) en utilisant le produit des charges ioniques et la distance du voisin le plus proche du matériaux pour cristaux de mélange de zinc．