ການຍືດຕົວຂອງພັນທະບັດແລະແຮງບິດຂອງພັນທະບັດຄົງທີ່ຂອງ Bbinary Tetrahedral Semiconductors

ແນະນຳ

Tetrahedrally ປະສານງານ semiconductors ຂອງສານເຄມີສໍາລັບ mula AN B8-N ໄດ້ຖືກສຶກສາຢ່າງກວ້າງຂວາງເນື່ອງຈາກວ່າຄວາມສໍາຄັນດ້ານວິຊາການແລະວິທະຍາສາດຂອງເຂົາເຈົ້າ.ສ່ວນໃຫຍ່ຂອງ semiconductors ທີ່ຖືກນໍາໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກໍາ microelectronic ທີ່ທັນສະໄຫມ ມີໂຄງສ້າງ crystallographic zincblende.ໄປເຊຍກັນທີ່ມີໂຄງສ້າງ zincblende ຕັ້ງແຕ່ທາດເຫຼັກດິບແລະແຮ່ທາດສັງກະສີໄປສູ່ GaN ແລະ BN semiconductors ທີ່ມະນຸດສ້າງ.ລັກສະນະສາມຫລ່ຽມ omni ໂດຍສະເພາະໃນໂຄງສ້າງປະລໍາມະນູໃຫ້ສິ່ງເຫຼົ່ານີ້ ວັດສະດຸຄຸນສົມບັດທາງກາຍະພາບທີ່ເປັນເອກະລັກ.ວຽກງານທົດລອງ ແລະທິດສະດີຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍໄດ້ເຮັດໃນໄລຍະສອງສາມປີຜ່ານມາກ່ຽວກັບຄຸນສົມບັດໂຄງສ້າງ, ກົນຈັກ ແລະແສງຂອງສັງກະສີຜະສົມ (AIIBV ແລະ AIIBVI) semiconductors [1–4].ຜົນບັງຄັບໃຊ້ການຍືດຕົວຄົງທີ່ (αໃນ N / m) ແລະແຮງບິດຄົງທີ່ (βໃນ N / m) ຂອງ semiconductors tetrahedral ແມ່ນຕົວກໍານົດການທີ່ສໍາຄັນໃນການສຶກສາເພາະວ່າ semiconductors ເຫຼົ່ານີ້ມີທ່າແຮງ. ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກໃນຫຼາຍໆອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ opto ເຊັ່ນ: ວົງຈອນປະສົມປະສານ, ເຄື່ອງກວດຈັບ, lasers, diodes emitting ແສງສະຫວ່າງ, modulators ແລະການກັ່ນຕອງ.ການນໍາໃຊ້ຮູບແບບພາກສະຫນາມຂອງ valence force ຂອງ Keating [5], ຄຸນສົມບັດ elastic ຂອງສັງກະສີ blende solids ກັບ sphaleritestructure ໄດ້ຖືກວິເຄາະໂດຍ Martin [6] ແລະນັກຄົ້ນຄວ້າອື່ນໆຈໍານວນຫຼາຍ [7,8].ຄວາມແຕກຕ່າງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍແມ່ນໄດ້ຮັບລະຫວ່າງທິດສະດີແລະການທົດລອງໃນການປະເມີນຮູບແບບການສັ່ນສະເທືອນ. ພື້ນຖານຂອງຕົວກໍານົດການຕົວແບບທີ່ໄດ້ມາຈາກຂໍ້ມູນຄົງທີ່ elastic.ໃນປັດຈຸບັນ, ຂໍ້ມູນຄົງທີ່ elastic ທີ່ເຊື່ອຖືໄດ້ຫຼາຍແມ່ນມີຢູ່ເຊິ່ງແຕກຕ່າງຈາກບາງສ່ວນທີ່ໄດ້ຮັບໂດຍ Martin [6].ອີງຕາມການວິເຄາະ Martin ການປະກອບສ່ວນຂອງ ຜົນບັງຄັບໃຊ້ Coulomb ກັບຄົງທີ່ elastic ໄດ້ຖືກອະທິບາຍໃນແງ່ຂອງການຮັບຜິດຊອບປະສິດທິພາບ macroscopic ເຊິ່ງຮັບຜິດຊອບສໍາລັບການແຍກຂອງຮູບແບບ optical ທາງຂວາງແລະຕາມລວງຍາວ.Lucovsky et al.[9​]​, ໄດ້​ຊີ້​ໃຫ້​ເຫັນ​ວ່າ​ ຄວາມສໍາພັນ Martin ບໍ່ຖືກຕ້ອງແລະວ່າການປະກອບສ່ວນຂອງກໍາລັງ Coulomb ຕໍ່ກັບຄວາມຄົງທີ່ elastic ແລະຄວາມຖີ່ຂອງ optical transverse ຕ້ອງໄດ້ຮັບການອະທິບາຍໃນຂໍ້ກໍານົດຂອງຄ່າບໍລິການທີ່ມີປະສິດຕິຜົນໃນທ້ອງຖິ່ນເຊິ່ງແຕກຕ່າງຈາກ macroscopic. ຄ່າ​ໃຊ້​ຈ່າຍ​ປະ​ສິດ​ທິ​ຜົນ​.Neumann [10–14] ໄດ້ຂະຫຍາຍແບບຈໍາລອງ Keating ພິຈາລະນາການຮັບຜິດຊອບທີ່ມີປະສິດຕິພາບໃນທ້ອງຖິ່ນເພື່ອຮັບຜິດຊອບຕໍ່ຜົນບັງຄັບໃຊ້ Coulomb ໄລຍະໄກແລະປະຕິສໍາພັນ dipole-dipole ໃນການວິເຄາະຄຸນສົມບັດການສັ່ນສະເທືອນຂອງ binary ແລະ ternary. ທາດປະສົມທີ່ມີໂຄງສ້າງ sphalerite.Neumann [10–14] ໄດ້ເອົາຄ່າທົດລອງຂອງ ionicity ພັນທະບັດ ( fi ) [8], ເພື່ອກໍານົດຄ່າຄົງທີ່ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ. ກັບສົມຜົນ.ການຄິດໄລ່ ab initio ສໍາລັບ lattice dynamic ສໍາລັບ BN ແລະ AlN semiconductors ໄດ້ຖືກມອບໃຫ້ໂດຍ Karch ແລະ Bechstedt [15].Kumar [16] ໄດ້ຂະຫຍາຍຮູບແບບຂອງ Neumann ໃນແງ່ຂອງພະລັງງານ plasmon ຂອງທາດແຂງ, ເພາະວ່າ, ພະລັງງານ plasmon ແມ່ນຂຶ້ນກັບຈໍານວນຂອງ valence electrons.ແນວຄວາມຄິດທາງທິດສະດີເຊັ່ນ: valence, radii empirical, electronegativity, ionicity ແລະພະລັງງານ plasmon ແມ່ນເປັນປະໂຫຍດ [17,18].ແນວຄວາມຄິດເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງໂດຍກົງກັບ ລັກສະນະຂອງພັນທະບັດເຄມີ ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສະຫນອງວິທີການອະທິບາຍ ແລະຈັດປະເພດຄຸນສົມບັດພື້ນຖານຫຼາຍຂອງໂມເລກຸນ ແລະຂອງແຂງ.

ບໍ່ດົນມານີ້, ຜູ້ຂຽນ [19–24] ໄດ້ຄິດໄລ່ຄຸນສົມບັດທາງເອເລັກໂຕຣນິກ, ກົນຈັກ ແລະ optical ດ້ວຍການຊ່ວຍເຫຼືອຂອງທິດສະດີການສາກໄຟ ionic ຂອງແຂງ.ນີ້ແມ່ນເນື່ອງມາຈາກຄວາມຈິງທີ່ວ່າຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ ionic ແມ່ນຂຶ້ນກັບຈໍານວນຂອງ valence electrons, ເຊິ່ງປ່ຽນແປງເມື່ອໂລຫະປະກອບເປັນທາດປະສົມ.ດັ່ງນັ້ນ, ພວກເຮົາຄິດວ່າມັນເປັນສິ່ງທີ່ຫນ້າສົນໃຈທີ່ຈະໃຫ້ຄໍາອະທິບາຍທາງເລືອກສໍາລັບຜົນບັງຄັບໃຊ້ການຍືດຍາວຂອງພັນທະບັດຄົງທີ່ (αໃນ N / m) ແລະຜົນບັງຄັບໃຊ້ຂອງພັນທະບັດຄົງທີ່ (βໃນ N / m) ຂອງ. ສັງກະສີປະສົມ (AIIBV ແລະ AIIBVI) ທາດແຂງທີ່ມີໂຄງສ້າງ.

ທິດສະດີ, ຜົນໄດ້ຮັບແລະການສົນທະນາ stretching ພັນທະບັດ (α) ແລະພັນທະບັດ bending (β) ຜົນບັງຄັບໃຊ້ຄົງທີ່ de pend ກ່ຽວກັບໄລຍະໄກໃກ້ຄຽງທີ່ສຸດທີ່ໄດ້ຮັບຈາກຂໍ້ມູນການສັ່ນສະເທືອນ lattice.ທ່າແຮງດັ່ງກ່າວມີຜົນປະໂຫຍດຂອງການຮັກສາ repulsive ແລະ ກໍາລັງທີ່ດຶງດູດໃນຮູບແບບຄະນິດສາດດຽວກັນ.Neu main [10–14] ແລະ Harrison [25,26] ໄດ້ຖືກອະທິບາຍຮູບແບບທີ່ງ່າຍດາຍທີ່ສຸດຂອງທ່າແຮງ interatomic.ຜູ້ຂຽນທັງສອງໄດ້ຖືກສົມມຸດວ່າທັງສອງພາກສ່ວນທີ່ຫນ້າລັງກຽດແລະຫນ້າສົນໃຈຂອງ ທ່າແຮງຂອງປະລໍາມະນູລະຫວ່າງປະເທດແມ່ນໄດ້ຖືກອະທິບາຍໂດຍກົດຫມາຍພະລັງງານຂອງໄລຍະຫ່າງ bour ໃກ້ຄຽງທີ່ສຸດ (d).ຮູບແບບຂອງທ່າແຮງນີ້ສໍາລັບພະລັງງານທັງຫມົດຕໍ່ຄູ່ຂອງອະຕອມສາມາດຂຽນເປັນ [11] ບ່ອນທີ່ αo ແລະ x ແມ່ນຄົງທີ່.ຮູບແບບອື່ນຂອງທ່າແຮງແມ່ນອີງໃສ່ທ່າແຮງ Morse.ໃນປະເພດຂອງທ່າແຮງນີ້ທັງສອງເງື່ອນໄຂທີ່ຫນ້າລັງກຽດແລະດຶງດູດໃຈໄດ້ຖືກອະທິບາຍໂດຍຫນ້າທີ່ຊີ້ບອກຂອງໄລຍະທາງໃກ້ຄຽງທີ່ໃກ້ທີ່ສຸດ.ທົ່ວໄປ ຮູບແບບຂອງທ່າແຮງ Morse ແມ່ນໃຫ້ໂດຍ [11] Fig. 1. ໃນຂອບເຂດຂອງ log (α in N/m) ແລະ log d3, AIII BV semiconductors ນອນຢູ່ໃນເສັ້ນເກືອບຂະຫນານກັບເສັ້ນສໍາລັບ AII BVI semiconductors, ເຊິ່ງຂຶ້ນກັບຜະລິດຕະພັນຂອງຄ່າ ionic.ໃນຮູບນີ້, ພັນທະບັດທົດລອງທັງຫມົດ stretching force ຄ່າຄົງທີ່ແມ່ນເອົາມາຈາກ [10,11]. ບ່ອນທີ່ C ແລະ D ແມ່ນຄົງທີ່, ເຊິ່ງຂຶ້ນກັບໂຄງສ້າງຂອງຜລຶກແລະ d ແມ່ນໄລຍະໄກຂອງເພື່ອນບ້ານທີ່ໃກ້ທີ່ສຸດໃນÅ.Z1 ແລະ Z2 ແມ່ນຄ່າ ionic ໃນ cation ແລະ anion, ຕາມລໍາດັບ.

ບ່ອນທີ່ A ແລະ S ເປັນຄ່າຄົງທີ່ ແລະຄ່າຄົງທີ່ແມ່ນ 410 ແລະ 0.2, ຕາມລໍາດັບ.Z1 ແລະ Z2 ແມ່ນຄ່າ ionic ໃນ cation ແລະ anion, ຕາມລໍາດັບ, ແລະ d ແມ່ນໄລຍະໃກ້ຄຽງທີ່ໃກ້ທີ່ສຸດໃນÅ.Ionicity ຂອງພັນທະບັດ A–B ໃນ AIIBV ແລະ AIIBVI semiconductors.

ໃນ Eqs ຂ້າງເທິງ.(5) ແລະ (6), α ຢູ່ໃນ N/m ໃນ e V. Beause, ພະລັງງານ plasmon ແມ່ນຂຶ້ນກັບຈໍານວນຂອງ valence electrons ແລະ ionic charge ຍັງຂຶ້ນກັບຈໍານວນຂອງ valence electrons, ເຊິ່ງມີການປ່ຽນແປງໃນເວລາທີ່ໂລຫະປະກອບເປັນ com pound. .ໄດ້ ພັນທະບັດ stretching force ຄົງທີ່ (α) ຂອງ AIIBV ແລະ AIIBVI

ການນໍາໃຊ້ຄ່າການລາຍງານຂອງ fi [27,28], Neumann [10] ໄດ້ວາງແຜນກຣາຟລະຫວ່າງ β/α ແລະ (1 − fi ) ແລະຄວາມສຳພັນເສັ້ນຊື່ໄດ້ຮັບລະຫວ່າງພວກມັນ.ອີງ​ຕາມ​ການ​ຕັ້ງ​ສີ່​ຫຼ່ຽມ​ມົນ​ຫນ້ອຍ​ສຸດ​ຂອງ​ຂໍ້​ມູນ​ຈຸດ​ທີ່​ມີ​ການ​ພົວ​ພັນ​ດັ່ງ​ຕໍ່​ໄປ​ນີ້​ໄດ້​ semiconductors ທີ່​ໄດ້​ຮັບ​ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ຄວາມ​ສໍາ​ພັນ​ເປັນ​ເສັ້ນ​ໃນ​ເວ​ລາ​ທີ່ plotted ກັບ​ໄລ​ຍະ​ໃກ້​ຄຽງ​ທີ່​ໃກ້​ທີ່​ສຸດ​, ແຕ່​ຕົກ​ຢູ່​ໃນ​ເສັ້ນ​ຊື່​ທີ່​ແຕກ​ຕ່າງ​ກັນ​ໂດຍ​ອີງ​ຕາມ​ຜະ​ລິດ​ຕະ​ພັນ​ປະ​ລິ​ມານ ionic ຂອງ​ທາດ​ປະ​ສົມ​, ທີ່​ນໍາ​ສະ​ເຫນີ​ໃນ​ຮູບ​ທີ 1​. ວ່າໃນດິນຕອນຂອງພັນທະບັດ stretching ຜົນບັງຄັບໃຊ້ຄົງທີ່ (α) ແລະໄລຍະທາງໃກ້ຄຽງທີ່ໃກ້ທີ່ສຸດ;AIIBV semiconductors ນອນຢູ່ໃນເສັ້ນເກືອບຂະຫນານກັບເສັ້ນສໍາລັບ AIIBVI semiconductors.ຈາກຮູບທີ່ 1 ມັນຂ້ອນຂ້າງຈະແຈ້ງວ່າພັນທະບັດ stretching force ຄົງທີ່ (α) ທ່າອ່ຽງຂອງທາດປະສົມເຫຼົ່ານີ້ຫຼຸດລົງດ້ວຍການເພີ່ມໄລຍະທາງໃກ້ຄຽງທີ່ໃກ້ທີ່ສຸດແລະຫຼຸດລົງໃນເສັ້ນຊື່ທີ່ແຕກຕ່າງກັນອີງຕາມຜະລິດຕະພັນຮັບຜິດຊອບ ionic ຂອງ com pounds.

ໃນວຽກງານທີ່ຜ່ານມາ, [19–24], ພວກເຮົາໄດ້ສະເຫນີການສະແດງອອກທີ່ງ່າຍດາຍສໍາລັບຄຸນສົມບັດໂຄງສ້າງ, ເອເລັກໂຕຣນິກ, optical ແລະກົນຈັກເຊັ່ນ: ຄົງທີ່ lattice (a), heteropolar ຊ່ອງຫວ່າງພະລັງງານ (Ec ), aver ຊ່ອງຫວ່າງຂອງພະລັງງານໃນອາຍຸ (ຕົວຢ່າງ ), ທາດໄອອອນໄປເຊຍກັນ ( fi ), ຄົງທີ່ຂອງ dielectric (ε∞ ), ຄວາມອ່ອນໄຫວທາງອີເລັກໂທຣນິກ ( χ ), ພະລັງງານທີ່ຕິດກັນ (Ecoh ), ໂມດູລຫຼາຍ ບ່ອນທີ່ βo = 0.28 ± 0.01 ແມ່ນອັດຕາສ່ວນຄົງທີ່.

ໃນການຄົ້ນຄວ້າທີ່ຜ່ານມາພວກເຮົາໄດ້ກໍານົດໄວ້ແລ້ວວ່າ crystal ionicity fi ແມ່ນຂຶ້ນກັບຜະລິດຕະພັນຂອງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ ionic ແລະໄລຍະທາງໃກ້ຄຽງທີ່ໃກ້ທີ່ສຸດ [21].ແຮງບິດຄົງທີ່ຂອງພັນທະບັດ (β) ຂອງ AIIBV ແລະ AIIBVI semiconductors ສະແດງໃຫ້ເຫັນເປັນເສັ້ນ ການພົວພັນໃນເວລາທີ່ວາງແຜນຕໍ່ກັບໄລຍະໄກໃກ້ຄຽງ, ແຕ່ຕົກຢູ່ໃນເສັ້ນຊື່ທີ່ແຕກຕ່າງກັນໂດຍອີງຕາມຜະລິດຕະພັນຮັບຜິດຊອບ ionic ຂອງ com pounds, ທີ່ນໍາສະເຫນີໃນຮູບທີ 2. ພວກເຮົາສັງເກດເຫັນວ່າໃນດິນຕອນຂອງແຮງບິດຂອງພັນທະບັດ. ຄົງທີ່ (β) ແລະໄລຍະໄກໃກ້ຄຽງທີ່ສຸດ;AIIBV semiconductors ນອນຢູ່ໃນເສັ້ນເກືອບຂະຫນານກັບເສັ້ນສໍາລັບ AIIBVI semiconductors.ຈາກຮູບທີ 2 ມັນເຫັນໄດ້ຊັດເຈນວ່າແຮງບິດຂອງພັນທະບັດຄົງທີ່ (β) ແນວໂນ້ມໃນເຫຼົ່ານີ້. ທາດປະສົມຫຼຸດລົງດ້ວຍການເພີ່ມໄລຍະທາງໃກ້ຄຽງທີ່ໃກ້ທີ່ສຸດ ແລະຕົກຢູ່ໃນເສັ້ນຊື່ທີ່ແຕກຕ່າງໄປຕາມຜະລິດຕະພັນຮັບຜິດຊອບ ionic ຂອງທາດປະສົມ.ອີງຕາມການຄົ້ນຄວ້າທີ່ຜ່ານມາຂອງພວກເຮົາ [21] ແລະຮູບ 2, ແລະ anion, ຕາມລໍາດັບ, ແລະ d ແມ່ນໄລຍະທາງໃກ້ຄຽງທີ່ໃກ້ທີ່ສຸດໃນÅ.

ການສົນທະນາລະອຽດກ່ຽວກັບກຳລັງປະລໍາມະນູຂອງວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຖືກມອບໃຫ້ຢູ່ບ່ອນອື່ນ [5–16] ແລະຈະບໍ່ຖືກສະເໜີຢູ່ທີ່ນີ້.ການນໍາໃຊ້ Eqs.(10) ແລະ (12) ຄວາມຄົງທີ່ຂອງກໍາລັງປະລໍາມະນູລະຫວ່າງ AIIBVI ແລະ AIIBV semiconductors ຄິດໄລ່.ຜົນໄດ້ຮັບຖືກສົ່ງລ່ວງຫນ້າໃນຕາຕະລາງ 1. ຄ່າທີ່ຄິດໄລ່ແມ່ນຕົກລົງທີ່ດີກັບຄ່າທີ່ໄດ້ລາຍງານໂດຍນັກຄົ້ນຄວ້າກ່ອນຫນ້ານີ້ [10,11,16].

ສະຫຼຸບ

ພວກເຮົາມາສະຫລຸບວ່າຜະລິດຕະພັນຂອງຄ່າ ionic ຂອງສານປະສົມໃດໆແມ່ນຕົວກໍານົດການທີ່ສໍາຄັນສໍາລັບການຄິດໄລ່ຄຸນສົມບັດທາງກາຍະພາບ.ຜົນບັງຄັບໃຊ້ປະລໍາມະນູລະຫວ່າງປະລໍາມະນູຄົງທີ່ຂອງວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນຢູ່ໃນ versely ກ່ຽວຂ້ອງກັບໄລຍະໄກໃກ້ຄຽງແລະ ໂດຍກົງແມ່ນຂຶ້ນກັບຜະລິດຕະພັນຂອງຄ່າບໍລິການ ionic.ຈາກ fig.1 ແລະ 2 ພວກເຮົາສັງເກດເຫັນວ່າຈຸດຂໍ້ມູນສໍາລັບ semiconductors AIIBV ຕົກຢູ່ໃນເສັ້ນເກືອບຂະຫນານກັບເສັ້ນສໍາລັບ AIIBVI semiconductors, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າການຜູກມັດ ionic. dominates ທາດປະສົມທັງຫມົດເຫຼົ່ານີ້.ມັນຍັງເປັນທີ່ສັງເກດວ່າຄວາມກ່ຽວຂ້ອງທາງດ້ານ empirical ທີ່ສະເຫນີແມ່ນງ່າຍດາຍກວ່າທີ່ສາມາດນໍາໃຊ້ໄດ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງແລະຄຸນຄ່າແມ່ນຢູ່ໃນການຕົກລົງທີ່ດີກວ່າກັບຂໍ້ມູນການທົດລອງເມື່ອປຽບທຽບກັບຄວາມກ່ຽວຂ້ອງ empirical ທີ່ສະເຫນີໂດຍກ່ອນຫນ້ານີ້. ນັກຄົ້ນຄວ້າ [5–16].ພວກເຮົາປະສົບຜົນສໍາເລັດຢ່າງສົມເຫດສົມຜົນໃນການຄິດໄລ່ຜົນບັງຄັບໃຊ້ການຍືດຕົວຄົງທີ່ (αໃນ N / m) ແລະແຮງບິດຄົງທີ່ຂອງພັນທະບັດ (βໃນ N / m) ໂດຍໃຊ້ຜະລິດຕະພັນຂອງຄ່າ ionic ແລະໄລຍະທາງໃກ້ຄຽງຂອງ. ວັດສະດຸສໍາລັບສັງກະສີຜະສົມຜະສານໄປເຊຍກັນ.