Constante de fuerza de flexión y estiramiento de enlaces de semiconductores tetraédricos binarios

Introducción

Los semiconductores coordinados tetraédricamente de fórmula química AN B8-N se han estudiado ampliamente debido a su importancia técnica y científica.La mayoría de los semiconductores que se utilizan en la industria microelectrónica moderna. Tienen la estructura cristalográfica de zincblenda.Los cristales con estructura de zincblenda varían desde minerales de hierro y zinc en bruto hasta semiconductores de GaN y BN artificiales.La particular naturaleza omnitriangulada en la estructura atómica les da a estos propiedades físicas únicas de los materiales.Durante los últimos años se ha realizado una cantidad considerable de trabajo experimental y teórico sobre las propiedades estructurales, mecánicas y ópticas de la blenda de zinc (AIIIBV y AIIBVI). semiconductores [1–4].La constante de fuerza de estiramiento de enlace (α en N/m) y la constante de fuerza de flexión de enlace (β en N/m) de semiconductores tetraédricos han sido un parámetro importante para estudiar porque estos semiconductores tienen potencial. Aplicaciones en una variedad de dispositivos optoelectrónicos como circuitos integrados, detectores, láseres, diodos emisores de luz, moduladores y filtros.Utilizando el modelo de campo de fuerza de valencia de Keating [5], las propiedades elásticas del zinc Martin [6] y varios otros investigadores han analizado sólidos de blenda con estructura de esfalerita.Se ha obtenido una cantidad considerable de discrepancias entre la teoría y la experimentación al evaluar los modos vibratorios en el base de los parámetros del modelo derivados de datos constantes elásticos.Actualmente, se dispone de datos de constantes elásticas más fiables que difieren parcialmente de los obtenidos por Martin [6].Según el análisis de Martin, la contribución de La fuerza de Coulomb respecto de las constantes elásticas se ha descrito en términos de la carga efectiva macroscópica que es responsable de la división de los modos ópticos transversales y longitudinales.Lucovsky y cols.[9], ha señalado que la La relación de Martin es incorrecta y que la contribución de las fuerzas de Coulomb a las constantes elásticas y a las frecuencias ópticas transversales debe describirse en términos de la carga efectiva localizada que difiere de la carga macroscópica. carga efectiva.Neumann [10-14] ha ampliado el modelo de Keating considerando la carga efectiva localizada para tener en cuenta la fuerza de Coulomb de largo alcance y la interacción dipolo-dipolo al analizar las propiedades vibratorias de los sistemas binarios y ternarios. compuestos con estructura de esfalerita.Neumann [10-14] ha tomado valores experimentales de ionicidad del enlace ( fi ) [8], para determinar la constante asociada con las ecuaciones.Karch y Bechstedt [15] realizaron los cálculos ab initio de la dinámica reticular para semiconductores BN y AlN.Kumar [16] ha ampliado el modelo de Neumann en términos de energía del plasmón de los sólidos, porque, La energía del plasmón depende del número de electrones de valencia.Entonces resultan útiles conceptos teóricos como valencia, radios empíricos, electronegatividad, ionicidad y energía del plasmón [17,18].Estos conceptos están directamente asociados con la carácter del enlace químico y, por lo tanto, proporcionan medios para explicar y clasificar muchas propiedades básicas de moléculas y sólidos.

Recientemente, el autor [19-24] ha calculado las propiedades electrónicas, mecánicas y ópticas con la ayuda de la teoría de la carga iónica de los sólidos.Esto se debe a que la carga iónica depende del número de electrones de valencia, que cambia cuando un metal forma un compuesto.Por lo tanto, pensamos que sería interesante dar una explicación alternativa para la constante de la fuerza de estiramiento del enlace (α en N/m) y la constante de la fuerza de flexión del enlace (β en N/m) de Sólidos estructurados de blenda de zinc (AIIIBV y AIIBVI).

Teoría, resultados y discusión La constante de fuerza del estiramiento del enlace (α) y la flexión del enlace (β) dependen de la distancia del vecino más cercano obtenida a partir de los datos de vibración de la red.Tales potenciales tienen la ventaja de mantener lo repulsivo y fuerzas de atracción en la misma forma matemática.Neu main [10-14] y Harrison [25,26] han descrito la forma más simple de potencial interatómico.Ambos autores han asumido que tanto las partes repulsivas como las atractivas de El potencial interatómico se describe mediante la ley potencial de la distancia al vecino más cercano (d).Esta forma de potencial para la energía total por par de átomos se puede escribir como [11] donde αo y x son constantes.La otra forma de potencial se basa en el potencial Morse.En este tipo de potencial, tanto el término repulsivo como el atractivo se describen mediante funciones exponenciales de la distancia del vecino más cercano.El general La forma del potencial Morse viene dada por [11] Fig. 1. En el gráfico de log (α en N/m) y log d3, los semiconductores AIII BV se encuentran en una línea casi paralela a la línea de los semiconductores AII BVI, que depende del producto de las cargas iónicas.En esta figura todos los enlaces experimentales Los valores constantes de la fuerza de estiramiento se toman de [10,11]. donde C y D son constantes, que dependen de las estructuras cristalinas y d es la distancia entre vecinos más cercanos en Å.Z1 y Z2 son las cargas iónicas del catión y del anión, respectivamente.

Donde A y S son constantes y el valor de las constantes es 410 y 0,2, respectivamente.Z1 y Z2 son la carga iónica del catión y del anión, respectivamente, y d es la distancia del vecino más cercano en Å.Ionicidad del enlace A-B en el Semiconductores AIIIBV y AIIBVI.

En las ecuaciones anteriores.(5) y (6), α está en N/m en e V. Por eso, la energía del plasmón depende del número de electrones de valencia y la carga iónica también depende del número de electrones de valencia, que cambia cuando un metal forma un compuesto. .El constante de fuerza de estiramiento de enlace (α) de AIIIBV y AIIBVI

Utilizando los valores informados de fi [27,28], Neumann [10] ha trazado una gráfica entre β/α y (1 − fi ) y se ha obtenido una relación lineal entre ellos.Con base en el ajuste de mínimos cuadrados de los puntos de datos, se ha obtenido la siguiente relación Los semiconductores obtenidos exhiben una relación lineal cuando se trazan contra la distancia del vecino más cercano, pero caen en diferentes líneas rectas según el producto de carga iónica de los compuestos, que se presenta en la Fig. 1. Observamos que en la gráfica de la constante de fuerza de estiramiento del enlace (α) y la distancia del vecino más cercano;Los semiconductores AIIIBV se encuentran en línea casi paralela a la línea de los semiconductores AIIBVI.De la Fig. 1 es bastante obvio que el vínculo Las tendencias de la constante de fuerza de estiramiento (α) en estos compuestos disminuyen al aumentar la distancia del vecino más cercano y caen en diferentes líneas rectas según el producto de carga iónica de los compuestos.

En el trabajo anterior, [19-24], propusimos expresiones simples para las propiedades estructurales, electrónicas, ópticas y mecánicas, como constantes de red (a), brechas de energía heteropolar (Ec), promedio brechas de energía de edad (Eg), ionicidad del cristal (fi), constante dieléctrica (ε∞), susceptibilidad electrónica (χ), energía cohesiva (Ecoh), módulo de masa Donde βo = 0,28 ± 0,01 es la constante de proporcionalidad.

En investigaciones anteriores ya hemos definido que la ionicidad del cristal fi depende del producto de la carga iónica y la distancia del vecino más cercano [21].La constante de fuerza de flexión del enlace (β) de los semiconductores AIIIBV y AIIBVI exhibe una relación cuando se representa contra la distancia del vecino más cercano, pero caen en diferentes líneas rectas según el producto de carga iónica de los compuestos, que se presenta en la Fig. 2. Observamos que en el gráfico de la fuerza de flexión del enlace constante (β) y distancia del vecino más cercano;Los semiconductores AIIIBV se encuentran en línea casi paralela a la línea de los semiconductores AIIBVI.De la Fig. 2 es bastante obvio que las tendencias constantes de la fuerza de flexión del enlace (β) en estos Los compuestos disminuyen al aumentar la distancia del vecino más cercano y caen en diferentes líneas rectas según el producto de carga iónica de los compuestos.Según nuestra investigación anterior [21] y Fig. 2, y anión, respectivamente, y d es la distancia del vecino más cercano en Å.

En otro lugar [5-16] se ofrece una discusión detallada de la fuerza interatómica de estos materiales y no se presentará aquí.Usando las ecuaciones.(10) y (12) la constante de fuerza interatómica para semiconductores AIIBVI y AIIIBV ha sido calculado.Los resultados se presentan en la Tabla 1. Los valores calculados concuerdan con los valores informados por investigadores anteriores [10,11,16].

Conclusión

Llegamos a la conclusión de que el producto de las cargas iónicas de cualquier compuesto es un parámetro clave para calcular las propiedades físicas.La constante de fuerza interatómica de estos materiales está inversamente relacionada con la distancia del vecino más cercano y Depende directamente del producto de cargas iónicas.De las Figs.1 y 2 observamos que los puntos de datos de los semiconductores AIIIBV caen en una línea casi paralela a la línea de los semiconductores AIIBVI, lo que significa que la unión iónica domina todos estos compuestos.También es digno de mención que la relación empírica propuesta es más simple y de amplia aplicación y los valores concuerdan mejor con los datos experimentales en comparación con la relación empírica propuesta por estudios anteriores. investigadores [5-16].Hemos tenido un éxito razonable en calcular la constante de fuerza de estiramiento del enlace (α en N/m) y la constante de fuerza de flexión del enlace (β en N/m) utilizando el producto de las cargas iónicas y la distancia del vecino más cercano del materiales para cristales de mezcla de zinc．