Stała siły rozciągania i zginania wiązania w binarnych półprzewodnikach czworościennych

Wstęp

Tetraedrycznie skoordynowane półprzewodniki substancji chemicznej mula AN B8-N były szeroko badane ze względu na ich znaczenie techniczne i naukowe.Większość półprzewodników stosowanych we współczesnym przemyśle mikroelektronicznym mają strukturę krystalograficzną blendy cynku.Kryształy o strukturze blendy cynku obejmują zarówno surowe minerały żelaza i cynku, jak i sztuczne półprzewodniki GaN i BN.Daje to szczególna wszechtriangulowana natura struktury atomowej materiały o unikalnych właściwościach fizycznych.W ciągu ostatnich kilku lat wykonano znaczną ilość prac eksperymentalnych i teoretycznych nad właściwościami strukturalnymi, mechanicznymi i optycznymi mieszanki cynku (AIIIBV i AIIBVI). półprzewodniki [1–4].Stała siły rozciągającej wiązanie (α w N/m) i stała siły zginającej wiązanie (β w N/m) półprzewodników czworościennych były ważnym parametrem do zbadania, ponieważ półprzewodniki te mają potencjał zastosowania w różnych urządzeniach optoelektronicznych, takich jak obwody scalone, detektory, lasery, diody elektroluminescencyjne, modulatory i filtry.Wykorzystując model pola sił walencyjnych Keatinga [5], właściwości sprężyste cynku Stałe blendy o strukturze sfalerytu były analizowane przez Martina [6] i kilku innych badaczy [7,8].Uzyskano znaczną ilość rozbieżności pomiędzy teorią a eksperymentem w ocenie modów wibracyjnych na podstawie parametrów modelu wyprowadzonych z danych stałych sprężystości.Obecnie dostępne są bardziej wiarygodne dane dotyczące stałych sprężystości, które częściowo różnią się od tych uzyskanych przez Martina [6].Według analizy Martina wkład Siłę kulombowską działającą na stałe sprężystości opisano w kategoriach makroskopowego ładunku efektywnego, który odpowiada za rozdzielenie modów optycznych poprzecznego i podłużnego.Lucovsky i in.[9] zwrócił uwagę, że Relacja Martina jest błędna i udział sił Coulomba w stałych sprężystości i poprzecznych częstotliwościach optycznych należy opisywać w kategoriach zlokalizowanego ładunku efektywnego, który różni się od makroskopowego efektywne ładowanie.Neumann [10–14] rozszerzył model Keatinga, uwzględniając zlokalizowany ładunek efektywny, aby uwzględnić siłę kulombowską dalekiego zasięgu i interakcję dipol-dipol w analizie właściwości wibracyjnych układów podwójnych i trójskładnikowych związki o strukturze sfalerytu.Neumann [10–14] przyjął eksperymentalne wartości jonowości wiązania ( fi ) [8], aby wyznaczyć stałą związaną z równaniami.Obliczenia ab initio dynamiki sieci dla półprzewodników BN i AlN podali Karch i Bechstedt [15].Kumar [16] rozszerzył model Neumanna w zakresie energii plazmonowej ciał stałych, ponieważ: Energia plazmonu zależy od liczby elektronów walencyjnych.Przydatne są wówczas koncepcje teoretyczne, takie jak wartościowość, promienie empiryczne, elektroujemność, jonowość i energia plazmonowa [17,18].Pojęcia te są bezpośrednio powiązane z charakter wiązania chemicznego, a tym samym zapewniają środki do wyjaśnienia i klasyfikacji wielu podstawowych właściwości cząsteczek i ciał stałych.

Ostatnio autor [19–24] obliczył właściwości elektroniczne, mechaniczne i optyczne za pomocą teorii ładunku jonowego ciał stałych.Wynika to z faktu, że ładunek jonowy zależy od liczby elektronów walencyjnych, który zmienia się, gdy metal tworzy związek.Dlatego też uznaliśmy, że interesujące byłoby podanie alternatywnego wyjaśnienia stałej siły rozciągającej wiązania (α w N/m) i stałej siły zginającej wiązania (β w N/m) Strukturalne ciała stałe z mieszanki cynku (AIIIBV i AIIBVI).

Teoria, wyniki i dyskusja Stała siły rozciągania wiązania (α) i zginania wiązania (β) zależy od odległości najbliższego sąsiada uzyskanej z danych dotyczących drgań sieci.Takie potencjały mają tę zaletę, że utrzymują odpychający i siły przyciągające w tej samej formie matematycznej.Neumain [10–14] i Harrison [25,26] opisali najprostszą postać potencjału międzyatomowego.Obydwaj autorzy przyjęli założenie, że zarówno część odpychająca, jak i atrakcyjna potencjał międzyatomowy opisuje prawo potęgi odległości najbliższego sąsiada (d).Tę postać potencjału całkowitej energii na parę atomów można zapisać jako [11] gdzie αo i x są stałymi.Inna forma potencjału opiera się na potencjale Morse'a.W tego typu potencjale zarówno człony odpychające, jak i atrakcyjne opisywane są przez wykładnicze funkcje odległości najbliższego sąsiada.Generał postać potencjału Morse'a jest dana przez [11] Rys. 1. Na wykresie log (α w N/m) i log d3 półprzewodniki AIII BV leżą na linii prawie równoległej do linii półprzewodników AII BVI, która jest zależna od iloczynu ładunków jonowych.Na tym rysunku wszystkie wiązania eksperymentalne Wartości stałych siły rozciągającej zaczerpnięto z [10,11]. gdzie C i D są stałymi, które zależą od struktury krystalicznej, a d jest odległością najbliższego sąsiada w Å.Z1 i Z2 to odpowiednio ładunki jonowe kationu i anionu.

Gdzie A i S są stałymi, a wartość stałych wynosi odpowiednio 410 i 0,2.Z1 i Z2 to odpowiednio ładunek jonowy kationu i anionu, a d to odległość najbliższego sąsiada w Å.Jonowość wiązania A–B w Półprzewodniki AIIIBV i AIIBVI.

W powyższych równaniach(5) i (6), α wyraża się w N/m w e V. Ponieważ energia plazmonu zależy od liczby elektronów walencyjnych, a ładunek jonowy zależy także od liczby elektronów walencyjnych, która zmienia się, gdy metal tworzy związek .The stała siły rozciągającej wiązanie (α) AIIIBV i AIIBVI

Wykorzystując podane wartości fi [27,28], Neumann [10] wykreślił wykres pomiędzy β/α i (1 − fi ) i uzyskano między nimi zależność liniową.W oparciu o dopasowanie najmniejszych kwadratów punktów danych powstała następująca zależność otrzymane półprzewodniki wykazują zależność liniową na wykresie w funkcji odległości najbliższego sąsiada, ale układają się na różnych liniach prostych w zależności od iloczynu ładunku jonowego związków, co przedstawiono na ryc. 1. Obserwujemy że na wykresie stałej siły rozciągającej wiązanie (α) i odległości najbliższego sąsiada;półprzewodniki AIIIBV leżą na linii prawie równoległej do linii półprzewodników AIIBVI.Z ryc. 1 widać wyraźnie, że wiązanie Trendy stałej siły rozciągającej (α) w tych związkach maleją wraz ze wzrostem odległości od najbliższego sąsiada i opadają na różnych liniach prostych w zależności od iloczynu ładunku jonowego związków.

W poprzedniej pracy [19–24] zaproponowaliśmy proste wyrażenia na właściwości strukturalne, elektroniczne, optyczne i mechaniczne, takie jak stałe sieci (a), heteropolarne przerwy energetyczne (Ec ), aver przerwy energetyczne wiekowe (Eg ), jonowość kryształów ( fi ), stała dielektryczna (ε∞ ), podatność elektronowa (χ ), energia spójności (Ecoh ), moduł objętościowy Gdzie βo = 0,28 ± 0,01 jest stałą proporcjonalności.

W poprzednich badaniach zdefiniowaliśmy już, że jonowość kryształu fi zależy od iloczynu ładunku jonowego i odległości najbliższego sąsiada [21].Stała siły zginającej wiązanie (β) półprzewodników AIIIBV i AIIBVI ma charakter liniowy związek naniesiony na odległość najbliższego sąsiada, ale spada na różne linie proste w zależności od iloczynu ładunku jonowego związków, co przedstawiono na rys. 2. Obserwujemy to na wykresie siły zginającej wiązanie stała (β) i odległość najbliższego sąsiada;półprzewodniki AIIIBV leżą na linii prawie równoległej do linii półprzewodników AIIBVI.Z rys. 2 widać wyraźnie, że stała siła zginająca wiązania (β) ma w nich tendencję związki zmniejszają się wraz ze wzrostem odległości najbliższego sąsiada i opadają na różne linie proste w zależności od iloczynu ładunku jonowego związków.Zgodnie z naszymi wcześniejszymi badaniami [21] i ryc. 2, odpowiednio i anion oraz d to odległość najbliższego sąsiada w Å.

Szczegółowe omówienie sił międzyatomowych działających na te materiały zostało podane w innym miejscu [5–16] i nie będzie tutaj prezentowane.Korzystanie z równań(10) i (12) stała siły międzyatomowej dla półprzewodników AIIBVI i AIIIBV obliczony.Wyniki przedstawiono w tabeli 1. Obliczone wartości są w dobrej zgodności z wartościami podawanymi przez wcześniejszych badaczy [10,11,16].

Wniosek

Dochodzimy do wniosku, że iloczyn ładunków jonowych dowolnego związku jest kluczowym parametrem do obliczania właściwości fizycznych.Stała siły międzyatomowej tych materiałów jest odwrotnie proporcjonalna do odległości najbliższego sąsiada i zależy bezpośrednio od iloczynu ładunków jonowych.Z ryc.1 i 2 zauważamy, że punkty danych dla półprzewodników AIIIBV leżą na linii prawie równoległej do linii dla półprzewodników AIIBVI, co oznacza, że ​​wiązanie jonowe dominuje nad wszystkimi tymi związkami.Warto również zauważyć, że proponowana zależność empiryczna jest prostsza i ma szerokie zastosowanie, a wartości są lepiej zgodne z danymi eksperymentalnymi w porównaniu z zależnością empiryczną zaproponowaną przez poprzedników badacze [5–16].Udało nam się obliczyć stałą siłę rozciągającą wiązania (α w N/m) i stałą siłę zginającą wiązania (β w N/m) przy użyciu iloczynu ładunków jonowych i odległości najbliższego sąsiada materiały na kryształy mieszanki cynku.