نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکدة علوم، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان

چکیده

در سال‌های اخیر با پیشرفت­‌‌های به دست آمده در رشد مواد، علاقة قابل ملاحظه‌ای در زمینة‌‌‌‌‌‌ نیم‌رساناهای مرکب گروه (III-V) به ویژه GaAs به وجود آمده است. سیلیکون مناسب‌ترین ماده برای آلاییدگی نوع n گالیم آرسنید است. در این پژوهش خواص الکترونی نانوبلورهای Ga6As4H10 و Ga6As3SiH10، با استفاده از روش شبه پتانسیل و فرمول‌بندی نظریة ‌تابعی چگالی (DFT) و با تقریب LDA در بستة نرم‌افزاری کوانتوم اسپرسو مورد بررسی قرار می­گیرند. نتایج حاصل از محاسبات نشان می­دهند که هرچه اندازة نانوبلور بزرگ‌تر شود مقدار گاف نواری کاهش می‌یابد. با جایگزینی اتم ناخالصی Si به‌جای اتم As در نانوبلور Ga6As4H10، گاف انرژی نسبت به حالت غیر آلاییده کوچک‌تر و تراز فرمی به لبۀنوار رسانش نزدیک می­شود که در این حالت نانوبلور  Ga6As3SiH10یک نیم‌رسانای نوع n خواهد بود. پربند چگالی بار الکتریکی در اطراف اتم‌ها نشان دهندة پیوند یونی- کووالانسی بین اتم‌های Si و Ga است. در این پژوهش به بررسی ویژگی‌های اپتیکی نانوبلورهای گالیم آرسنید نیز پرداخته شده که محاسبات با تقریب تک ذره‌ای انجام شده‌اند. همچنین، از نرم‌افزار گوسین برای به‌ دست آوردن طیف اپتیکی نانوبلورها استفاده شده است. محاسبات طیف اپتیکی برای نانوبلورهای گالیم آرسنید انتقال به آبی را نشان می‌دهند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of doping Si on the structural, electronic and optical properties of GaAs nanostructures

نویسندگان [English]

  • M Bigmoradi
  • H Shafieigol

Department of Physics, Faculty of Science, Sistan and Baluchestan University, Zahedan

چکیده [English]

In the  recent years, with advances in material growth, there has been a considerable interest in the compound semiconductors of group III-V, in particular GaAs. Silicon (Si) is the most suitable substance for the n-gallium arsenide type [1]. In this study, the structural and electron properties of Ga6As4H10 and Ga6As3SiH10 nanocrystals are investigated using the quasi-potential and density functional formulation (DFT) method and with the approximation of LDA in the quantum espresso package. The results of the calculations show that the larger the size of the nanocrystal, the more the decrease of  band gap. By replacing the Si atomic impurity by  the As atom in the Ga6As4H10 nanocrystal, the energy gap becomes smaller than the non-degenerate state, and the fermi level approaches the edge of the conduction band, in which the Ga6As3SiH10 nanocrystal is a n-type semiconductor. The charge density of the charge around the atoms shows an ion-covalent bond between  Si and Ga atoms. In this study, the optical properties of gallium arsenide nanocrystals have been investigated; calculations are performed with single-particle approximation. Gusin software is also used to obtain the optical spectrum of the nanocrystal. The optical spectrometry for gallium arsenide nanocrystals shows the transition to blue.

کلیدواژه‌ها [English]

  • n-type impurity
  • gallium arsenide nanocrystal
  • density functional theory
  • electron properties

  1. R H Thomas, DAGSI ,"Optical properties of Ge, GaAs, GaSb, InAs, and InP at elevated temperatures" Theses and Dissertations 2169 (2010) 47.
  2. T Chavanapvanee, " Impurity doping effect in compound semiconductors", Waseda University Graduate School of Science (2007) 645.
  3. J I Pankove, " Optical Processes in Semiconductors", New York, (1971) 456.
  4. A D Becke, phys. Rev. A 38 (1998) 3098.
  5. J Kohanoff, School of Mathematics and Physics, Queens University Belfast (2006) 351.
  6. O.Auciello, J F Scott, R Ramesh, "Simulation of photonic bandgap", Northren optics conference proceedings (1998) 51.
  7.  N N, Anua, R Ahmed, M A  Saeed, A Shaari and, B U Haq," DFT investigations of structural and electronic properties of gallium arsenide (GaAs)", AIP Conference Proceedings 1482 (2012) 64.
  8. A D Becke, phys. Rev A 38 (1998) 3098.
  9. I D  Yacouba, D T Sibiri, M Yuriy, K Bethuel, F Lashounda, and B Diola",Accurate Electronic, Transport, and Bulk Properties of Gallium Arsenide (GaAs)" NSF (2010-2015) 34.

10. H A ShafieiGol and H A Najari, JNS 4 (2014) 325.

11. M I Ziane, Z Bensaad, B Labdelli, and H Bennacer,"First-principles study of structural, electronic and optical properties of III-arsenide binary GaAs and InAs, and III-nitrides binary GaN and InN: Improved density-functional-theory Study", Sensors & Transducers (2014) 374.

12. F Iori and S Ossicini, Physica E 41 (2009) 939.

13. V Igor, O Serdar and, R Ch, James," Ab initio absorption spectra of gallium arsenide clusters", Department of Chemical Engineering and Material Science, Minnesota Supercomputing Institute, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota (1999) 54.

14. D L Hansen, O,Hemmers, H Wang, D W Linde, P Focke, I A Sellin, C Heske, H S Chakraborty, P C Deshmukh and S T Manson, The American Physical Societ (1999) 756.

15. J E Sipe, The American Physical Society (1993) 705.

16. D J Cioslowski, Gaussian 09, Revision A.02, Gaussian, Inc, Wallingford CT (2009).

17. R Habibpour, R Vaziri, " Computational and theoretical study of electronic, spectroscopic and chemical properties of (ZnO)n (n≤4) nanoclusters" Technology (IROST), P.O. Box 33535111, Tehran, Iran (2015) 212.

 

 

تحت نظارت وف بومی