Stiramento del legame e costante di forza di flessione del legame di semiconduttori tetraedrici binari

introduzione

I semiconduttori coordinati tetraedricamente della formula chimica AN B8−N sono stati ampiamente studiati per la loro importanza tecnica e scientifica.La maggior parte dei semiconduttori utilizzati nella moderna industria microelettronica hanno la struttura cristallografica della zincoblenda.I cristalli con struttura in zincoblenda vanno dal ferro grezzo e dai minerali di zinco ai semiconduttori artificiali GaN e BN.Questi sono conferiti dalla particolare natura triangolare della struttura atomica proprietà fisiche uniche dei materiali.Negli ultimi anni è stata svolta una notevole quantità di lavoro sperimentale e teorico sulle proprietà strutturali, meccaniche e ottiche della blenda di zinco (AIIIBV e AIIBVI) semiconduttori [1–4].La costante di forza di allungamento del legame (α in N/m) e la costante di forza di flessione del legame (β in N/m) dei semiconduttori tetraedrici sono stati un parametro importante da studiare perché questi semiconduttori hanno potenziale applicazioni in una varietà di dispositivi optoelettronici come circuiti integrati, rilevatori, laser, diodi emettitori di luce, modulatori e filtri.Utilizzando il modello del campo di forza di valenza di Keating [5], le proprietà elastiche dello zinco i solidi blende con una struttura sfaleritica sono stati analizzati da Martin [6] e da molti altri ricercatori [7,8].Sono state riscontrate numerose discrepanze tra teoria ed esperimento nella valutazione dei modi vibrazionali sul base dei parametri del modello derivati ​​da dati costanti elastici.Attualmente sono disponibili dati sulla costante elastica più affidabili che differiscono parzialmente da quelli ottenuti da Martin [6].Secondo l'analisi Martin il contributo di La forza di Coulomb alle costanti elastiche è stata descritta in termini di carica effettiva macroscopica che è responsabile della suddivisione dei modi ottici trasversali e longitudinali.Lucovsky et al.[9], ha sottolineato che il La relazione di Martin è errata e che il contributo delle forze di Coulomb alle costanti elastiche e alle frequenze ottiche trasversali deve essere descritto in termini di carica effettiva localizzata che differisce da quella macroscopica carica effettiva.Neumann [10–14] ha esteso il modello di Keating considerando la carica effettiva localizzata per tenere conto della forza di Coulomb a lungo raggio e dell'interazione dipolo-dipolo nell'analisi delle proprietà vibrazionali di sistemi binari e ternari composti con struttura sfaleritica.Neumann [10–14] ha preso valori sperimentali della ionicità del legame ( fi ) [8], per determinare la costante associata con le equazioni.I calcoli ab initio per la dinamica reticolare per semiconduttori BN e AlN sono stati forniti da Karch e Bechstedt [15].Kumar [16] ha esteso il modello di Neumann in termini di energia plasmonica dei solidi, perché, l'energia del plasmone dipende dal numero di elettroni di valenza.Sono quindi utili concetti teorici come valenza, raggi empirici, elettronegatività, ionicità ed energia plasmonica [17,18].Questi concetti sono direttamente associati a carattere del legame chimico e quindi forniscono mezzi per spiegare e classificare molte proprietà di base di molecole e solidi.

Recentemente, l'autore [19–24] ha calcolato le proprietà elettroniche, meccaniche e ottiche con l'aiuto della teoria della carica ionica dei solidi.Ciò è dovuto al fatto che la carica ionica dipende dal numero di elettroni di valenza, che cambia quando un metallo forma un composto.Pertanto abbiamo pensato che sarebbe stato interessante fornire una spiegazione alternativa per la costante di forza di allungamento del legame (α in N/m) e la costante di forza di flessione del legame (β in N/m) di solidi strutturati di zinco blende (AIIIBV e AIIBVI).

Teoria, risultati e discussione La costante di forza dell'allungamento del legame (α) e della flessione del legame (β) dipende dalla distanza del vicino più vicino ottenuta dai dati di vibrazione del reticolo.Tali potenziali hanno il vantaggio di mantenere il repellente e forze attrattive nella stessa forma matematica.Neu main [10–14] e Harrison [25,26] sono stati descritti come la forma più semplice di potenziale interatomico.Entrambi gli autori hanno ipotizzato che sia le parti repulsive che quelle attraenti di i potenziali interatomici sono descritti dalla legge di potenza della distanza del vicino più vicino (d).Questa forma di potenziale per l'energia totale per coppia di atomi può essere scritta come [11] dove αoex sono costanti.L'altra forma di potenziale è basata sul potenziale Morse.In questo tipo di potenziale sia il termine repulsivo che quello attrattivo sono descritti da funzioni esponenziali della distanza del vicino più vicino.Il generale la forma del potenziale Morse è data da [11] Fig. 1. Nel grafico di log (α in N/m) e log d3 , i semiconduttori AIII BV giacciono su una linea quasi parallela alla linea dei semiconduttori AII BVI, che dipende dal prodotto delle cariche ioniche.In questa figura tutti i legami sperimentali i valori della costante della forza di allungamento sono presi da [10,11]. dove C e D sono costanti, che dipendono dalle strutture cristalline e d è la distanza del vicino più vicino in Å.Z1 e Z2 sono rispettivamente le cariche ioniche sul catione e sull'anione.

Dove A e S sono costanti e il valore delle costanti è rispettivamente 410 e 0,2.Z1 e Z2 sono rispettivamente la carica ionica sul catione e sull'anione e d è la distanza del vicino più vicino in Å.Ionicità del legame A–B nel Semiconduttori AIIIBV e AIIBVI.

Nelle Eq.(5) e (6), α è in N/m in e V. Beause, l'energia plasmonica dipende dal numero di elettroni di valenza e la carica ionica dipende anche dal numero di elettroni di valenza, che cambia quando un metallo forma un composto .IL costante di forza di allungamento del legame (α) di AIIIBV e AIIBVI

Utilizzando i valori riportati di fi [27,28], Neumann [10] ha tracciato un grafico tra β/α e (1 − fi ) ed è stata ottenuta una relazione lineare tra loro.In base al minimo quadrato dei punti dati è stata ottenuta la seguente relazione i semiconduttori ottenuti mostrano una relazione lineare se tracciati rispetto alla distanza del vicino più vicino, ma cadono su diverse linee rette in base al prodotto di carica ionica dei composti, che è presentato in Fig. 1. Osserviamo quello nel grafico della costante di forza di allungamento del legame (α) e della distanza del vicino più vicino;i semiconduttori AIIIBV giacciono su una linea quasi parallela alla linea dei semiconduttori AIIBVI.Dalla Fig. 1 è abbastanza evidente che il legame L'andamento della costante di forza di allungamento (α) in questi composti diminuisce con l'aumentare della distanza del vicino più vicino e cade su diverse linee rette a seconda del prodotto della carica ionica dei composti.

Nel lavoro precedente, [19–24], abbiamo proposto semplici espressioni per le proprietà strutturali, elettroniche, ottiche e meccaniche come costanti reticolari (a), gap energetici eteropolari (Ec ), aver gap energetici di età (Eg), ionicità cristallina (fi), costante dielettrica (ε∞), suscettibilità elettronica (χ), energia di coesione (Ecoh), modulo di massa Dove βo = 0,28 ± 0,01 è la costante di proporzionalità.

Nella ricerca precedente abbiamo già definito che la ionicità del cristallo fi dipende dal prodotto della carica ionica per la distanza del vicino più vicino [21].La costante di forza di flessione del legame (β) dei semiconduttori AIIIBV e AIIBVI presenta un andamento lineare relazione quando tracciata rispetto alla distanza del vicino più vicino, ma cadono su diverse linee rette a seconda del prodotto della carica ionica dei composti, presentato in Fig. 2. Osserviamo che nel grafico della forza di flessione del legame costante (β) e distanza del vicino più vicino;i semiconduttori AIIIBV giacciono su una linea quasi parallela alla linea dei semiconduttori AIIBVI.Dalla Fig. 2 è abbastanza ovvio che la costante della forza di flessione del legame (β) tende in questi i composti diminuiscono all'aumentare della distanza del vicino più vicino e cadono su diverse linee rette a seconda del prodotto della carica ionica dei composti.Secondo la nostra precedente ricerca [21] e Fig. 2, e l'anione, rispettivamente, e d è la distanza del vicino più vicino in Å.

Una discussione dettagliata della forza interatomica per questi materiali è stata fornita altrove [5–16] e non sarà presentata qui.Usando le Eq.(10) e (12) la costante di forza interatomica per i semiconduttori AIIBVI e AIIIBV è stata calcolato.I risultati sono presentati nella Tabella 1. I valori calcolati sono in buon accordo con i valori riportati dai ricercatori precedenti [10,11,16].

Conclusione

Arriviamo alla conclusione che il prodotto delle cariche ioniche di qualsiasi composto è un parametro chiave per il calcolo delle proprietà fisiche.La costante di forza interatomica di questi materiali è inversamente proporzionale alla distanza del vicino più vicino e dipende direttamente dal prodotto delle cariche ioniche.Dalle figg.1 e 2 osserviamo che i punti dati per i semiconduttori AIIIBV cadono su una linea quasi parallela alla linea per i semiconduttori AIIBVI, il che significa che il legame ionico domina tutti questi composti.È anche degno di nota il fatto che la relazione empirica proposta è più semplice e ampiamente applicabile e i valori sono in migliore accordo con i dati sperimentali rispetto alla relazione empirica proposta dai precedenti ricercatori [5–16].Abbiamo avuto un discreto successo nel calcolare la costante di forza di allungamento del legame (α in N/m) e la costante di forza di flessione del legame (β in N/m) utilizzando il prodotto delle cariche ioniche e la distanza del vicino più vicino del materiali per cristalli di miscela di zinco．