Bindungsdehnungs- und Bindungsbiegekraftkonstante von binären tetraedrischen Halbleitern

Einführung

Tetraedrisch koordinierte Halbleiter der chemischen Formel AN B8−N wurden aufgrund ihrer technischen und wissenschaftlichen Bedeutung ausführlich untersucht.Die meisten Halbleiter werden in der modernen Mikroelektronikindustrie verwendet haben die kristallographische Struktur der Zinkblende.Die Kristalle mit Zinkblende-Struktur reichen von rohen Eisen- und Zinkmineralien bis hin zu künstlichen GaN- und BN-Halbleitern.Die besondere omni-triangulierte Natur der Atomstruktur ergibt diese Materialien einzigartige physikalische Eigenschaften.In den letzten Jahren wurden zahlreiche experimentelle und theoretische Arbeiten zu den strukturellen, mechanischen und optischen Eigenschaften von Zinkblende (AIIIBV und AIIBVI) durchgeführt. Halbleiter [1–4].Die Bindungsdehnungskraftkonstante (α in N/m) und die Bindungsbiegekraftkonstante (β in N/m) von tetraedrischen Halbleitern waren ein wichtiger zu untersuchender Parameter, da diese Halbleiter Potenzial haben Anwendungen in einer Vielzahl von optoelektronischen Geräten wie integrierten Schaltkreisen, Detektoren, Lasern, Leuchtdioden, Modulatoren und Filtern.Mithilfe des Valenzkraftfeldmodells von Keating [5] wurden die elastischen Eigenschaften des Zinks ermittelt Blendfeststoffe mit einer Sphaleritstruktur wurden von Martin [6] und mehreren anderen Forschern [7,8] analysiert.Bei der Bewertung der Schwingungsmoden auf der Erde wurden erhebliche Diskrepanzen zwischen Theorie und Experiment festgestellt Grundlage der aus elastischen Konstantendaten abgeleiteten Modellparameter.Derzeit sind zuverlässigere Daten zur elastischen Konstante verfügbar, die teilweise von denen von Martin [6] abweichen.Laut Martin-Analyse ist der Beitrag von Die Coulomb-Kraft auf die elastischen Konstanten wurde anhand der makroskopischen effektiven Ladung beschrieben, die für die Aufspaltung transversaler und longitudinaler optischer Moden verantwortlich ist.Lucovsky et al.[9] hat darauf hingewiesen, dass die Die Martin-Beziehung ist falsch und der Beitrag der Coulomb-Kräfte zu den elastischen Konstanten und den transversalen optischen Frequenzen muss anhand der lokalisierten effektiven Ladung beschrieben werden, die sich von der makroskopischen unterscheidet effektive Ladung.Neumann [10–14] hat das Keating-Modell unter Berücksichtigung der lokalisierten effektiven Ladung erweitert, um bei der Analyse der Schwingungseigenschaften binärer und ternärer Systeme die weitreichende Coulomb-Kraft und die Dipol-Dipol-Wechselwirkung zu berücksichtigen Verbindungen mit Sphaleritstruktur.Neumann [10–14] hat experimentelle Werte der Bindungsionizität (fi) [8] herangezogen, um die damit verbundene Konstante zu bestimmen mit den Gleichungen.Die Ab-initio-Berechnungen zur Gitterdynamik für BN- und AlN-Halbleiter wurden von Karch und Bechstedt [15] durchgeführt.Kumar [16] hat das Neumann-Modell hinsichtlich der Plasmonenenergie der Festkörper erweitert, weil Die Plasmonenenergie hängt von der Anzahl der Valenzelektronen ab.Dann sind theoretische Konzepte wie Valenz, empirische Radien, Elektronegativität, Ionizität und Plasmonenenergie nützlich [17,18].Diese Konzepte stehen in direktem Zusammenhang mit der Charakter der chemischen Bindung und bieten somit Möglichkeiten zur Erklärung und Klassifizierung vieler grundlegender Eigenschaften von Molekülen und Festkörpern.

Kürzlich hat der Autor [19–24] die elektronischen, mechanischen und optischen Eigenschaften mit Hilfe der Ionenladungstheorie von Festkörpern berechnet.Dies liegt daran, dass die Ionenladung von der Anzahl der Valenzelektronen abhängt. was sich ändert, wenn ein Metall eine Verbindung eingeht.Daher hielten wir es für interessant, eine alternative Erklärung für die Bindungsstreckungskraftkonstante (α in N/m) und die Bindungsbiegekraftkonstante (β in N/m) von zu geben Strukturierte Feststoffe aus Zinkblende (AIIIBV und AIIBVI).

Theorie, Ergebnisse und Diskussion Die Kraftkonstanten der Bindungsstreckung (α) und Bindungsbiegung (β) hängen vom Abstand des nächsten Nachbarn ab, der aus Gitterschwingungsdaten ermittelt wird.Solche Potenziale haben den Vorteil, dass sie das Abstoßende und das Abstoßende bewahren Anziehungskräfte in derselben mathematischen Form.Neumain [10–14] und Harrison [25,26] haben die einfachste Form des interatomaren Potentials beschrieben.Beide Autoren gingen davon aus, dass sowohl die abstoßenden als auch die attraktiven Teile davon sind Das interatomare Potential wird durch das Potenzgesetz des nächsten Nachbarn (d) beschrieben.Diese Form des Potentials für die Gesamtenergie pro Atompaar kann geschrieben werden als [11] wobei αo und x Konstanten sind.Die andere Form des Potenzials basiert auf dem Morsepotenzial.Bei dieser Art von Potential werden sowohl die abstoßenden als auch die anziehenden Terme durch Exponentialfunktionen der Entfernung zum nächsten Nachbarn beschrieben.Die allgemeine Die Form des Morsepotentials ist gegeben durch [11] Abb. 1. Im Diagramm von log (α in N/m) und log d3 liegen AIII BV-Halbleiter auf einer Linie, die nahezu parallel zur Linie für AII BVI-Halbleiter ist, die vom Produkt der Ionenladungen abhängt.In dieser Abbildung handelt es sich um eine experimentelle Bindung Die Werte der Dehnkraftkonstanten sind [10,11] entnommen. wobei C und D Konstanten sind, die von der Kristallstruktur abhängen, und d der Abstand zum nächsten Nachbarn in Å ist.Z1 und Z2 sind die Ionenladungen des Kations bzw. Anions.

Dabei sind A und S Konstanten und der Wert der Konstanten beträgt 410 bzw. 0,2.Z1 und Z2 sind die Ionenladung des Kations bzw. Anions und d ist der Abstand zum nächsten Nachbarn in Å.Ionizität der AB-Bindung im AIIIBV- und AIIBVI-Halbleiter.

In den obigen Gleichungen.(5) und (6), α ist in N/m in eV. Außerdem hängt die Plasmonenenergie von der Anzahl der Valenzelektronen ab und die Ionenladung hängt auch von der Anzahl der Valenzelektronen ab, die sich ändert, wenn ein Metall eine Verbindung bildet .Der Bindungsstreckkraftkonstante (α) von AIIIBV und AIIBVI

Unter Verwendung der angegebenen Werte von fi [27,28] hat Neumann [10] einen Graphen zwischen β/α und (1 − fi) erstellt und eine lineare Beziehung zwischen ihnen erhalten.Basierend auf der kleinsten Quadratanpassung der Datenpunkte ergab sich die folgende Beziehung Die erhaltenen Halbleiter zeigen eine lineare Beziehung, wenn sie gegen den Abstand zum nächsten Nachbarn aufgetragen werden, fallen jedoch entsprechend dem Ionenladungsprodukt der Verbindungen, das in Abb. 1 dargestellt ist, auf unterschiedliche Geraden. Wir beobachten dass in der Darstellung der Bindungsstreckkraftkonstante (α) und des Abstands zum nächsten Nachbarn;Die AIIIBV-Halbleiter liegen nahezu parallel zur Linie der AIIBVI-Halbleiter auf der Linie.Aus der Abb. 1 ist deutlich zu erkennen, dass es sich um eine Bindung handelt Die Trends der Streckkraftkonstante (α) in diesen Verbindungen nehmen mit zunehmendem Abstand zum nächsten Nachbarn ab und fallen entsprechend dem ionischen Ladungsprodukt der Verbindungen auf unterschiedliche Geraden.

In der vorherigen Arbeit [19–24] haben wir einfache Ausdrücke für die strukturellen, elektronischen, optischen und mechanischen Eigenschaften wie Gitterkonstanten (a), heteropolare Energielücken (Ec) und Durchschnitt vorgeschlagen Altersenergielücken (Eg), Kristallionizität (fi), Dielektrizitätskonstante (ε∞), elektronische Suszeptibilität (χ), Kohäsionsenergie (Ecoh), Kompressionsmodul Dabei ist βo = 0,28 ± 0,01 die Proportionalitätskonstante.

In früheren Untersuchungen haben wir bereits festgestellt, dass die Kristallionizität fi vom Produkt aus Ionenladung und dem Abstand zum nächsten Nachbarn abhängt [21].Die Bindungsbiegekraftkonstante (β) der AIIIBV- und AIIBVI-Halbleiter weist einen linearen Verlauf auf Bei der Auftragung gegen den Abstand zum nächsten Nachbarn liegt die Beziehung auf verschiedenen Geraden, je nach dem Ionenladungsprodukt der Verbindungen, das in Abb. 2 dargestellt ist. Wir beobachten dies in der Darstellung der Bindungsbiegekraft Konstante (β) und Abstand zum nächsten Nachbarn;Die AIIIBV-Halbleiter liegen nahezu parallel zur Linie der AIIBVI-Halbleiter auf einer Linie.Aus Abb. 2 geht deutlich hervor, dass die Bindungsbiegekraftkonstante (β) in diesen Bereichen tendiert Verbindungen nehmen mit zunehmendem Abstand zum nächsten Nachbarn ab und fallen entsprechend dem ionischen Ladungsprodukt der Verbindungen auf unterschiedliche Geraden.Nach unseren bisherigen Untersuchungen [21] und Abb. 2 bzw. Anion und d ist der Abstand des nächsten Nachbarn in Å.

Eine detaillierte Diskussion der interatomaren Kraft für diese Materialien wurde an anderer Stelle [5–16] gegeben und wird hier nicht vorgestellt.Unter Verwendung der Gleichungen.(10) und (12) Die interatomare Kraftkonstante für AIIBVI- und AIIIBV-Halbleiter wurde ermittelt berechnet.Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die berechneten Werte stimmen gut mit den von früheren Forschern berichteten Werten überein [10,11,16].

Abschluss

Wir kommen zu dem Schluss, dass das Produkt der Ionenladungen jeder Verbindung ein Schlüsselparameter für die Berechnung der physikalischen Eigenschaften ist.Die interatomare Kraftkonstante dieser Materialien steht im umgekehrten Verhältnis zum Abstand zum nächsten Nachbarn und hängt direkt vom Produkt der Ionenladungen ab.Aus Abb.In den Abbildungen 1 und 2 beobachten wir, dass die Datenpunkte für die AIIIBV-Halbleiter auf einer Linie liegen, die nahezu parallel zur Linie für die AIIBVI-Halbleiter verläuft, was bedeutet, dass es sich um eine ionische Bindung handelt dominiert alle diese Verbindungen.Es ist auch bemerkenswert, dass die vorgeschlagene empirische Beziehung einfacher und umfassender anwendbar ist und die Werte besser mit den Versuchsdaten übereinstimmen als die zuvor vorgeschlagene empirische Beziehung Forscher [5–16].Wir waren einigermaßen erfolgreich bei der Berechnung der Bindungsdehnungskraftkonstante (α in N/m) und der Bindungsbiegekraftkonstante (β in N/m) unter Verwendung des Produkts aus Ionenladungen und dem Abstand zum nächsten Nachbarn Materialien für Zinkmischkristalle.