ثابت تمدد السندات وقوة ثني السندات لأشباه الموصلات رباعية السطوح

مقدمة

تمت دراسة أشباه الموصلات المنسقة رباعي السطوح للمادة الكيميائية لمولا AN B8−N على نطاق واسع بسبب أهميتها التقنية والعلمية.معظم أشباه الموصلات التي تستخدم في صناعة الإلكترونيات الدقيقة الحديثة لديها هيكل بلوري Zincblende.تتراوح البلورات ذات بنية الزنكبليند من معادن الحديد الخام والزنك إلى أشباه الموصلات GaN وBN التي يصنعها الإنسان.الطبيعة المثلثة الخاصة في التركيب الذري تعطي هذه الأشياء المواد الخصائص الفيزيائية الفريدة.تم إنجاز قدر كبير من العمل التجريبي والنظري خلال السنوات القليلة الماضية بشأن الخواص الهيكلية والميكانيكية والبصرية لخليط الزنك (AIIIBV وAIIBVI). أشباه الموصلات [1-4].كان ثابت قوة تمديد الرابطة (α في N/m) وثابت قوة ثني الرابطة (β في N/m) لأشباه الموصلات رباعية السطوح معلمة مهمة للدراسة لأن أشباه الموصلات هذه لها إمكانات التطبيقات في مجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية الضوئية مثل الدوائر المتكاملة وأجهزة الكشف والليزر والثنائيات الباعثة للضوء والمعدلات والمرشحات.باستخدام نموذج مجال قوة التكافؤ لكيتنج [5]، تم تحديد الخصائص المرنة للزنك تم تحليل المواد الصلبة المخلوطة ذات البنية الكروية بواسطة مارتن [6] والعديد من الباحثين الآخرين [7،8].تم الحصول على قدر كبير من التناقضات بين النظرية والتجربة في تقييم أوضاع الاهتزاز على أساس معلمات النموذج المستمدة من البيانات الثابتة المرنة.في الوقت الحاضر، تتوفر بيانات ثابتة مرنة أكثر موثوقية والتي تختلف جزئيًا عن تلك التي حصل عليها مارتن [6].وفقا لتحليل مارتن مساهمة تم وصف قوة كولوم للثوابت المرنة من حيث الشحنة الفعالة العيانية المسؤولة عن تقسيم الأوضاع البصرية المستعرضة والطولية.لوكوفسكي وآخرون.[9] قد أشار إلى ذلك علاقة مارتن غير صحيحة وأن مساهمة قوى كولوم في الثوابت المرنة والترددات الضوئية المستعرضة يجب وصفها بدلالة الشحنة الفعالة الموضعية التي تختلف عن الشحنة العيانية تهمة فعالة.قام نيومان [10-14] بتوسيع نموذج كيتنغ مع الأخذ في الاعتبار الشحنة الفعالة الموضعية لمراعاة قوة كولوم طويلة المدى والتفاعل ثنائي القطب ثنائي القطب في تحليل الخواص الاهتزازية للثنائي والثلاثي مركبات ذات بنية sphalerite.اتخذ نيومان [10–14] قيمًا تجريبية لأيونية الرابطة ( fi ) [8] لتحديد الثابت المرتبط مع المعادلات.تم تقديم الحسابات الأولية لديناميكية الشبكة لأشباه الموصلات BN وAlN بواسطة Karch وBechstedt [15].قام كومار [16] بتوسيع نموذج نيومان من حيث طاقة البلازمون للمواد الصلبة، لأنه، تعتمد طاقة البلازمون على عدد إلكترونات التكافؤ.المفاهيم النظرية مثل التكافؤ، نصف القطر التجريبي، الكهربية، الأيونية وطاقة البلازمون تكون مفيدة بعد ذلك [17،18].ترتبط هذه المفاهيم ارتباطًا مباشرًا بـ طبيعة الرابطة الكيميائية وبالتالي توفر وسيلة لشرح وتصنيف العديد من الخصائص الأساسية للجزيئات والمواد الصلبة.

في الآونة الأخيرة، قام المؤلف [19-24] بحساب الخواص الإلكترونية والميكانيكية والبصرية بمساعدة نظرية الشحنة الأيونية للمواد الصلبة.ويرجع ذلك إلى أن الشحنة الأيونية تعتمد على عدد إلكترونات التكافؤ، والذي يتغير عندما يشكل المعدن مركبًا.لذلك اعتقدنا أنه سيكون من المفيد تقديم تفسير بديل لثابت قوة تمديد الرابطة (α في N/m) وثابت قوة ثني الرابطة (β في N/m) لـ مزيج الزنك (AIIIBV وAIIBVI) المواد الصلبة الهيكلية.

النظرية والنتائج والمناقشة إن تمديد الروابط (α) وثني الروابط (β) يعتمد بشكل ثابت على أقرب مسافة مجاورة يتم الحصول عليها من بيانات اهتزاز الشبكة.تتمتع هذه الإمكانات بميزة الحفاظ على ما هو مثير للاشمئزاز و قوى الجذب بنفس الصورة الرياضية.تم وصف نيو مين [10-14] وهاريسون [25،26] كأبسط أشكال الإمكانات بين الذرية.لقد افترض كلا المؤلفين أن كلا من الأجزاء المثيرة للاشمئزاز والجذابة يتم وصف الإمكانات الذرية بواسطة قانون الطاقة لأقرب مسافة مجاورة (د).يمكن كتابة هذا الشكل من الإمكانات لإجمالي الطاقة لكل زوج من الذرة على النحو التالي [11] حيث αo وx ثوابت.ويستند الشكل الآخر من الإمكانات على إمكانات مورس.في هذا النوع من الإمكانات، يتم وصف كل من المصطلحات الجذابة والمثيرة للاشمئزاز من خلال الدوال الأسية لأقرب مسافة مجاورة.الجنرال يتم إعطاء شكل إمكانات مورس بواسطة [11] الشكل 1. في مخطط السجل (α في N/m) والسجل d3، تقع أشباه الموصلات AIII BV على خط موازٍ تقريبًا لخط أشباه الموصلات AII BVI، والذي يعتمد على منتج الشحنات الأيونية.في هذا الشكل كل الروابط التجريبية القيم الثابتة لقوة التمدد مأخوذة من [10،11]. حيث C وD ثوابت تعتمد على الهياكل البلورية وd هي أقرب مسافة مجاورة في Å.Z1 وZ2 هي الشحنات الأيونية على الكاتيون والأنيون، على التوالي.

حيث A وS ثابتان وقيمة الثوابت هي 410 و0.2 على التوالي.Z1 وZ2 هما الشحنة الأيونية على الكاتيون والأنيون، على التوالي، وd هي أقرب مسافة مجاورة في Å.أيونية الرابطة A-B في AIIIBV وAIIBVI أشباه الموصلات.

في المعادلات المذكورة أعلاه.(5) و (6)، α موجودة في N/m في e V. حسنًا، تعتمد طاقة البلازما على عدد إلكترونات التكافؤ وتعتمد الشحنة الأيونية أيضًا على عدد إلكترونات التكافؤ، والتي تتغير عندما يشكل المعدن مركبًا .ال ثابت قوة تمديد الرابطة (α) لـ AIIIBV وAIIBVI

باستخدام القيم المبلغ عنها لـ fi [27،28]، رسم نيومان [10] رسمًا بيانيًا بين β/α و (1 - fi ) وتم الحصول على علاقة خطية بينهما.واستنادا إلى المربع الأصغر لنقاط البيانات، كانت العلاقة التالية تظهر أشباه الموصلات التي تم الحصول عليها علاقة خطية عند رسمها مقابل أقرب مسافة مجاورة، ولكنها تقع على خطوط مستقيمة مختلفة وفقًا لمنتج الشحنة الأيونية للمركبات، والذي يظهر في الشكل 1. نلاحظ أنه في مخطط قوة تمديد الرابطة ثابتة (α) وأقرب مسافة للجار؛تقع أشباه الموصلات AIIIBV على خط موازٍ تقريبًا لخط أشباه الموصلات AIIBVI.من الشكل 1 من الواضح تمامًا أن السند تتناقص اتجاهات ثابت قوة التمدد (α) في هذه المركبات مع زيادة مسافة أقرب جار وتقع على خطوط مستقيمة مختلفة وفقًا لمنتج الشحنة الأيونية للمركبات.

في العمل السابق، [19-24]، اقترحنا تعبيرات بسيطة للخصائص الهيكلية والإلكترونية والضوئية والميكانيكية مثل ثوابت الشبكة (أ)، وفجوات الطاقة غير المتجانسة (Ec)، ومتوسط فجوات الطاقة العمرية (على سبيل المثال)، الأيونية البلورية (فاي)، ثابت العزل الكهربائي (ε∞)، القابلية الإلكترونية (χ)، الطاقة المتماسكة (Ecoh)، معامل الحجم حيث βo = 0.28 ± 0.01 هو ثابت التناسب.

لقد حددنا في البحث السابق بالفعل أن الأيونية البلورية تعتمد على ناتج الشحنة الأيونية وأقرب مسافة مجاورة [21].يُظهر ثابت قوة ثني الرابطة (β) لأشباه الموصلات AIIIBV وAIIBVI خطيًا العلاقة عند رسمها مقابل أقرب مسافة مجاورة، ولكنها تقع على خطوط مستقيمة مختلفة وفقًا لمنتج الشحنة الأيونية للمركبات، والذي يظهر في الشكل 2. نلاحظ ذلك في مخطط قوة ثني الرابطة ثابت (β) وأقرب مسافة جار؛تقع أشباه الموصلات AIIIBV على خط موازٍ تقريبًا لخط أشباه الموصلات AIIBVI.من الشكل 2، من الواضح تمامًا أن قوة ثني الرابطة ثابتة (β) في هذه الاتجاهات تتناقص المركبات مع زيادة مسافة أقرب جار لها وتقع على خطوط مستقيمة مختلفة حسب حاصل ضرب الشحنة الأيونية للمركبات.وفقًا لأبحاثنا السابقة [21] والشكل 2 والأنيون على التوالي ود هي أقرب مسافة جار في Å.

تم تقديم مناقشة تفصيلية للقوة الذرية لهذه المواد في مكان آخر [5-16] ولن يتم تقديمها هنا.باستخدام المعادلات.(10) و (12) ثابت القوة الذرية لأشباه الموصلات AIIBVI وAIIIBV كان محسوب.يتم عرض النتائج في الجدول 1. القيم المحسوبة تتفق جيدًا مع القيم التي أبلغ عنها الباحثون السابقون [10،11،16].

خاتمة

لقد توصلنا إلى استنتاج مفاده أن منتج الشحنات الأيونية لأي مركب هو معلمة أساسية لحساب الخواص الفيزيائية.يرتبط ثابت القوة الذرية لهذه المواد عكسيا بمسافة أقرب جار و يعتمد بشكل مباشر على ناتج الشحنات الأيونية.من التين.في الشكلين 1 و2، نلاحظ أن نقاط البيانات الخاصة بأشباه الموصلات AIIIBV تقع على خط موازٍ تقريبًا لخط أشباه الموصلات AIIBVI، مما يعني أن الارتباط الأيوني يهيمن على كل هذه المركبات.ومن الجدير بالذكر أيضًا أن العلاقة التجريبية المقترحة أبسط وقابلة للتطبيق على نطاق واسع وأن القيم تتفق بشكل أفضل مع بيانات التجربة مقارنة بالعلاقة التجريبية التي اقترحتها الدراسات السابقة. الباحثون [5-16].لقد نجحنا بشكل معقول في حساب ثابت قوة تمديد الرابطة (α في N/m) وثابت قوة ثني الرابطة (β في N/m) باستخدام حاصل ضرب الشحنات الأيونية وأقرب مسافة مجاورة للذرة. مواد لبلورات مزيج الزنك.