Modélisation de nouveaux semi-conducteurs par une méthode du premier principe

Abstract

الملخص (بالعربية): لإكمال و / أو تعديل الخصائص الإلكترونية الضوئية لأشباه الموصلات التقليدية ومن أجل تحسين إنتاجيتها وأدائها، من الضروري البحث عن أشباه موصلات جديدة أخرى باستخدام خصائص التطبيقات المطلوبة. تعتبر المركبات، ذات الهيكل رباعي الزواياThCr2Si2 ، هي مواد جديدة واعدة. حتى الآن لم يتم دراسة إلا عدد قليل منهم. ومن أجل البحث المناسب لأشباه الموصلات المستعملة في ميدان الإلكترونيات الضوئية، درسنا ا لمركباتXY2Z2 مع (X= Ca, Sr, Ba, Y= Zn, Cd, Z= N, P, As, Sb)، باستخدام حسابات المبدأ الأول المبنية على النظرية الوظيفية لكثافة. تعتبر العديد من الخصائص مبدأي، معايير اختيار أنواع جديدة لأشباه الموصلات 122. من وجهة نظر كمية، فإن قيم الخصائص المحسوبة لكل من أشباه الموصلات مثل المسافة بين الذرات dY-Z، والارتفاعh، وثابت دالة العزل الحقيقي ε1(0) ، معامل الانكسار الثابتn(0) وفجوة الطاقة المباشرةEGAP ، كلها قد وجدت متقاربة و متشابهة و ذلك بمقارنة أشباه الموصلات 122 مع نظرائهم III-V. و من وجهة نظر نوعية، قمنا أيضًا بمقارنة بنية النطاق وكثافة الحالات والخصائص البصرية لأشباه الموصلات من نوع 122 مع نظائرها من النوعIII-V. تظهر الحسابات أن اقتران مدار الدوران لا يؤثر عل ىقيم فجوة النطاق في أشباه الموصلات 122، في حين أنها تتأثر إلى حد كبير بالضغط الهيدروستاتيكي. ويعتبر هذا الاكتشاف ميزة بالنسبة لأشباه الموصل ات122، حيث يمكن التحكم في هذا الأمر المهم من خلال هذه الخاصية المهمة.

الكلمات المفتاحية:

Résumé (en Français) : Dans le but de compléter et/ou modifier les propriétés optoélectroniques des semi-conducteurs conventionnels et afin d’améliorer leur rendement et leurs performances, il est nécessaire de rechercher d'autres nouveaux semi-conducteurs avec des propriétés physiques adaptées aux applications souhaitées. Les composés, de structure tétragonale de type ThCr2Si2, sont de nouveaux prometteurs matériaux ternaires. Jusqu'à présent, peut de ces matériaux est étudié. Afin de rechercher des semi-conducteurs pour l'optoélectronique, nous avons étudié les composés ternairesXY2Z2 (X= Ca, Sr, Ba, Y= Zn, Cd, Z= N, P, As, Sb) en utilisant les calculs du premier principe basé sur la théorie de la fonctionnelle de densité. Plusieurs propriétés sont considérées fondamentalement comme des critères de sélection de nouveaux semi-conducteurs de type 122. D'un point de vue quantitatif, les valeurs de certains propriétés calculées telles que la distance interatomique dY-Z, la hauteur h, la fonction diélectrique réelle statique ε1(0), l'indice de réfraction statique n(0) et la largeur de la bande interdite directe EGAP, sont du même ordre, en comparant les semiconducteurs-122 et III-V. De d'un point de vue qualitatif, nous avons également comparé la structure de bande, la densité d'états et les propriétés optiques de semi-conducteurs de type 122 avec leurs analogues III-V. Les calculs montrent que le couplage spin-orbite n'influence pas les valeurs de bande interdite dans les semi-conducteurs 122, alors qu'elles sont largement affectées par la pression hydrostatique. Cette découverte est un avantage pour les semi-conducteurs-122 ; car, grâce à cette contrainte, on peut contrôler cette importante propriété

Les mots clés : L/APW+lo DFT GGA structure électronique III–V and II-VI semiconducteurs, 122-pnictures

Abstract (en Anglais): To complete and/or modify the optoelectronic properties of conventional semiconductors and in order to improve their yield and performance, it is necessary to research other new semiconductors with tailored physical properties to the desired applications. The compounds, with tetragonal ThCr2Si2-type structure, are new promising ternary materials. Heretofore only a little number of them is investigated. So as to search out suitable semiconductors for optoelectronics, we investigated XY2Z2 (X = Ca, Sr, Ba, Y= Zn, Cd, Z = N, P, As, Sb) ternary compounds using first-principal density functional theory calculations. Several properties are considered as basic criteria for selecting new 122-type semiconductors. From a quantitative point of view, the values of the calculated properties of both semiconductors such as the inter-atomic distance dY-Z, the height h, the static real dielectric function ε1(0), the static refractive index n(0) and the direct band gap EGAP are in the same order. From a qualitative point of view, we also compared the band structure, the density of states and the optical properties of 122-type semiconductors with their III-V analogs. Calculations show that spin orbit coupling does not influence the band gap values in 122-semiconductors, while they are largely affected by the hydrostatic pressure. This finding is an advantage for the 122-semiconductors since through this strain one can control this important property.

Keywords: L/APW+lo DFT GGA Electronic structure III–V and II-VI semiconductors Layered 122-pnictides