خواص ساختاری، الکترونی و اپتیکی آلیاژهای BPxSb1 x با - دانلود رایگان



دانلود رایگان معمولاً درک پدیده­های حالت جامد بسیار دشوار است و نیاز به ساده­سازی مسائل تا حد ممکن دارد. این نیاز موجب شد تا دانش پژوهان به مطالعه فلزات خالص، آلیاژهای س

دانلود رایگان
خواص ساختاری، الکترونی و اپتیکی آلیاژهای BPxSb1-x با استفاده از نظریه تابعی چگالیwordفهرست
عنوان ...... صفحه
xSb1-x(1 ،75/0 ،5/0 ،25/0 ،0=x) .......................... 38
xSb1-xبه ازای(75/0 ،5/0 ،25/0=x)........................................ 51
xSb1-xبه ازای(75/0 ،5/0 ،25/0=x) .......................................... 53
xSb1-x به ازای(75/0 ،5/0 ،25/0=x) .................................... 53
xSb1-x(1 ،75/0 ،5/0 ،25/0 ،0 =x)................................................62
xSb1-x (1 ،75/0 ،5/0 ،25/0 ،0=x).............................................................. 65
فهرست جداول
عنوان .......................................................................................................................................... صفحه
xSb1-x ....................................................... 40
xSb1-xبه ازای (75/0 ،5/0 ،25/0 =x )
xSb1-xبه ازای(1 ،75/0 ،5/0 ،25/0 ،0=x) در فاز بلند روی ...................................................................................................................................................................... 64
xSb1-xبه ازای غلظت­هایمختلف (1 ،75/0 ،5/0 ،25/0 ،0=x)................................................................................................................... 69
xSb1-x به ازای (1 ،75/0 ،5/0 ،25/0 ،0=x)............................................................................................................................................................................. 71
xSb1-x با استفاده از روش­های Vandamme، Ravindra، Moss و FP-LAPW در فاز بلند روی و با تقریب PBE-GGA ...................................................... 73
xSb1-xبا استفاده از روش­های Vadamme، Ravindra، Moss و FP-LAPW در فاز بلند روی و با تقریب PBE-GGA ................................. 75
فهرست اشکال
عنوان .......................................................................................................................................... صفحه
xP1-x (سمت راست) وBNxAs1-x (سمت چپ) .............................................................................................................. 7
xP1-x (سمت راست) وBNxAs1-x (سمت چپ) ................................................................................................................................. 7
0.5Sb0.5در فاز نمک طعام....................................................................................................................................................................... 39
0.25Sb0.75 در فاز بلند روی................................................................................... 51
0.5Sb0.5 در فاز بلند روی...................................................................................... 51
0.75Sb0.25 در فاز بلند روی................................................................................... 51
0.25Sb0.75 در فاز بلند روی با تقریب PBE-GGA ................................... 54
0.25Sb0.75 در فاز بلند روی با تقریب EV-GGA ..................................... 54
0.5Sb0.5 در فاز بلند روی با تقریب PBE-GGA ...................................... 54
0.5Sb0.5 در فاز بلند روی با تقریب EV-GGA ........................................ 54
0.75Sb0.25 در فاز بلند روی با تقریب PBE-GGA ................................... 55
0.75Sb0.25 در فاز بلند روی با تقریب EV-GGA ..................................... 55
xSb1-x با استفاده از قانون وگارد و تقریب PBE-GGA در فاز بلند روی.................................................................................................................... 57
xSb1-x با استفاده از قانون وگارد و تقریب EV-GGA در فاز بلند روی ..................................................................................................................... 57
xSb1-x در فاز بلند روی و با استفاده از تقریب PBE-GGA ................................................................................................................................................................... 58
xSb1-x در فاز بلند روی و با استفاده از تقریب EV-GGA ................................................................................................................................................................... 58
0.25Sb0.75 درفاز بلند روی (ZB) با تقریب PBE-GGA......................................................................................................................................................................59
0.5Sb0.5 درفاز بلند روی (ZB) با تقریب PBE-GGA......................................................................................................................................................................60
0.75Sb0.25 درفاز بلند روی (ZB) با تقریب PBE-GGA......................................................................................................................................................................61
0.25Sb0.75 در فاز بلند روی ...................................................................................................................................................................... 63
xSb1-x در فاز بلند روی .............................................66
xSb1-xدر فاز بلند روی ..........................................68
xSb1-xدر فاز بلند روی.........................................................70
xSb1-xدر فاز بلند روی.......................................................72
xSb1-x با استفاده ازروش­های Vandamme ،Ravindra، Moss و FP-LAPW در فاز بلند رویو تقریبPBE-GGA............................................................................. 74
xSb1-x با استفاده ازروش­های Vandamme ،Ravindra، Moss و FP-LAPW در فاز بلند رویو تقریبPBE-GGA.......................................................... 75
xSb1-xدر فاز بلند روی...................................................................77
xSb1-xدر فاز بلند روی...................................................................79
xSb1-xدر فاز بلند روی.........................................................80
چکیده


در این مطالعه با بکارگیری روش FP-LAPW و در چارچوب نظریه تابعی چگالی خواص ساختاری، الکترونی و اپتیکی آلیاژهای BPxSb1-x در غلظت­های (1 ،75/0 ،5/0 ،25/0 ،0=x ) بررسی شده است. در گام نخست خواص ساختاری شامل پارامتر شبکه تعادلی، مدول حجمی و مشتق مدول حجمی برای ترکیبات دوتایی در فازهای نمک طعام، بلند روی، ورتزیت محاسبه شده است. سپس مقادیر ثابت شبکه و مدول حجمی به ازای غلظت­های مختلف محاسبه و نتایج حاصل از قانون وگارد مقایسه شده است. در مرحله بعد، خواص الکترونی شامل ساختار نوار انرژی و چگالی حالت­ها (DOS) بررسی شد. محاسبات ساختار نواری نشان می­دهد که ترکیب­های BSb و BP در فازهای بلند روی و ورتزیت خاصیت نیمه­رسانایی دارند در صورتی که این ترکیبات در فاز نمک طعام از خاصیت فلزی برخوردارند. همچنین گاف نوار انرژی برای آلیاژهای BPxSb1-x در فاز بلندروی با دو روش PBE-GGA و EV-GGA برآورده شده است. محاسبات مربوط به چگالی حالت­ها برای آلیاژهای BPxSb1-x نشان می­دهد که سهم عمده چگالی حالت­ها در زیر سطح فرمی مربوط به اوربیتال­های p اتم­های (B)، (P) و (Sb) می­باشد. در گام بعدی خواص اپتیکی این ترکیبات شامل بخش­های حقیقی و موهومی تابع دی ­الکتریک، تابع اتلاف انرژی، ضرایب شکست، بازتاب، جذب و خاموشی محاسبه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. محاسبات نشان می­دهد که سهم اصلی در گذارهای اپتیکی BSb در فاز بلند روی ناشی از اوربیتال­ p اتم­های (B) و (Sb) به عنوان حالت اولیه و اوربیتال­های s و p اتم (B) به عنوان حالت­های نهایی و در مورد اتم BP ناشی از اوربیتال p اتم­های (B) و (P) به عنوان حالت اولیه و اوربیتال­های s و p اتم­های (B) و (P) به عنوان حالت نهایی می­باشد. به کمک نمودار قسمت موهومی تابع دی الکتریک مشخص شد که جذب آلیاژهای BPxSb1-x در فاز بلندروی به ترتیب غلظت از انرژی­های 32/1، 62/1، 49/1، 89/0 و 78/1 الکترون ولت آغاز شده است که برابر آستانه گذار بین نواری می­باشند. پیک اصلی طیف تابع اتلاف انرژی (فرکانس پلاسما) برای آلیاژهای BPxSb1-xبه ازای (1و 75/0 ،5/0 ،25/0 ،0 = x ) در فاز بلند روی به ترتیب در نقاط 74/22 و 96/20، 91/19، 03/19، 21/18 الکترون ولت قرار دارد. همچنین مقادیر ضریب شکست آلیاژهای BPxSb1-xدر فرکانس صفر که یکی از پارامترهای مهم اپتیکی است، علاوه بر روش FP-LAPW با استفاده از روش­های Moss، Ravindra، Vandamme در فاز بلند روی محاسبه شد. در پایان نیز مقادیر ضریب جذب، خاموشی و بازتاب برای آلیاژهای BPxSb1-x محاسبه شد.
کلید واژه: نظریه تابعی چگالی، روش FP-LAPW، خواص ساختاری، خواص الکترونی، خواص اپتیکی
فصل اول
معرفی ساختار، خواص و کاربردهای ترکیبات BP و BSb
1-1- مقدمه
معمولاً درک پدیده­های حالت جامد بسیار دشوار است و نیاز به ساده­سازی مسائل تا حد ممکن دارد. این نیاز موجب شد تا دانش پژوهان به مطالعه فلزات خالص، آلیاژهای ساده و یا ترکیب­های مشخص بپردازند. از سوی دیگر مهندسان یا دانش پژوهان علم مواد که تمایل به کاربرد پدیده­های حالت جامد دارند، به ندرت از عناصر خالص، به همان صورتی که در طبیعت وجود دارند، استفاده می­کنند، بلکه با طراحی و یا با آزمون و خطا موادی می­سازند که از نظر کاربردی و قیمت تمام شده نیاز آن­ها را برآورده سازند.
پدیده های حالت جامد
مواد ساده
عناصر خالص
موادکاربردی آلیاژهای پیچیده کاربردی
آلیاژهای پیچیده
پیشرفت
پیشرفت در هر یک از این دو شاخه، به دنبال شناخت متقابل هدف و مبادله اطلاعات بین پژوهشگرانی که اصولاً با مسائل بنیادی درگیرند و آن­ها که با موارد استفاده علمی سر و کار دارند، بدست آمده است.
به این منظور بر آن شدیم در این فصل ابتدا به معرفی ترکیب­های ساده BP و BSb بپردازیم و ویژگی­های ساختاری و الکترونی را بر مبنای نتایج نظری و تجربی موجود بررسی کرده و سپس به مطالعه آلیاژهای BPxSb1-x پرداخته، ساختار و ویژگی­های کلی آنها را بیان می­کنیم.
1-2- معرفی نیم­رساناها
اجسام از لحاظ عبور یا عدم عبور الکتریسته به دو دسته رسانا و عایق تقسیم می­شوند اما گروه دیگری از اجسام نیز وجود دارند که نه به طور کامل رسانا و نه به طور کامل نارسانا هستند. این گروه خاص از اجسام را نیمه­رسانا می­نامند. هدایت الکتریکی نیمه­رساناها تحت تاثیر عواملی چون تغییر میزان ناخالصی، تحریکات نوری و افزایش دما به شدت تغییر می­نماید. این خاصیت مهم مبنای کار بسیاری از قطعات نیمه­رسانا است که درصنعت الکترونیک به کار گرفته می­­شود.
اجسام نیمه­رسانا نیز مانند نارساناها دارای نوارهای پر و خالی هستند و نوار بخشی پر ندارند با این تفاوت که گاف انرژی بین بالاترین نوار پر و پائین­ترین نوار خالی بسیار کوچک­تر از این گاف در نارساناها است .
موادی که در کاربردهای الکترونیکی نیمه­رساناها مورد استفاده قرار گرفته­اند شامل اکثر عناصر جدول تناوبی می­باشند. گرچه معروف­ترین عناصر خالص که به عنوان نیمه رسانا شناخته شده­اند مانند سیلیکون، کربن و ژرمانیوم را می­توان در گروه IV یافت، اما متداول ترین عناصری که در دستگاه­های میکروالکترونیک مورد استفاده قرار گرفته­اند و تشکیل مواد نیمه­رسانا می دهند از گروه­های III و V جدول تناوبی هستند.
1-3- کاربرد نیم­ رساناها
وسایلی از قبیل ترانزیستورها، یکسوسازها (دیودها)، مدوله کننده­ها، آشکارسازها، باتری­های ­خورشیدی و ... براساس ویژگی­های نیمه­رساناها کار می­کنند. همچنین خواص نیمه­رسانا، این مواد را در ساخت لیزر­های نیمه­رسانا ممتاز می­کند. همچنین ظهور نیمه رساناها در علم الکترونیک انقلاب عظیمی را در این علم ایجاد کرده که اختراع رایانه یکی از دستاوردهای این انقلاب است.
ترانزیستور از پرکاربردترین و اصلی ترین عناصر در مدارات الکترونیکی و مجتمع می باشد. اگر نوع pرا با نوع n و دوباره با نوع p پیوند دهیم، عنصر به دست آمده ترانزیستور p n p نام خواهد داشت. برعکس اگر اگر نوع n را با نوع pو دوباره با نوع n پیوند دهیم، عنصر به دست آمده ترانزیستور n p n نام خواهد داشت که بیشتر از ترانزیستور p n p در صنعت کاربرد دارد.
باتری خورشیدی که از نیمه­رسانا ساخته می­شود، یک قطعه الکترونیکی است که انرژی خورشیدی را مستقیماً توسط اثر فوتوالکتریک به الکتریسته تبدیل می­کند. از دیگر کاربردهای نیمه­رسانا ساخت دیود است. دیود قطعه الکترونیکی است که از پیوند نیمه­رسانای نوع n با نوع p بدست می آید که خاصیت یکسوسازی آن بیش­ترین کاربرد را در الکترونیک دارد. در دیود هیچ تفاوتی بین این­که نوع pرا با نوع nپیوند دهیم یا نوع nرا با نوع p پیوند دهیم وجود ندارد و در هر صورت عنصر بدست آمده دیود خواهد بود.
1-4- بور (B)
برای اولین باردر سال 1808 دیوی، گیلوساک و تنارد ]1[ توانستند بور را از ترکیباتش بدستآورند. پس از آن در سال 1892 مواسان توانست نمونه­ای از بور با خلوص 95 تا 98 درصد را به کمک منیزیم تهیه کند و تنها چندی قبل بود که با استفاده ازروش های نوین بور بسیار خالص با خلوص 99/99 درصد به بالا بدست آمد.
بور اولین عنصرگروه سوم است که دارای عدد اتمی 5 می باشد. این عنصر نیمه­رسانا بوده و خاصیتشیمیایی آن با هم گروهی­های خود بسیار متفاوت است. نخستین انرژی یونیزاسیونبور نسبتاً بالا بوده، دومین و سومین انرژی یونیزاسیون بسیار بالاست،بنابراین انرژی لازم برای تشکیل یون بور سه مثبت بسیار بیشتر از آن است کهتوسط انرژی شبکه تأمین گردد.
در نتیجه شیمی بور کاملاً کووالانسی بوده و از دست دادن الکترون در آن نقشی ندارد. ترکیباتبور بیشتر از آن که شبیه ترکیبات سایر عناصر هم گروهی خود باشد شبیه بهترکیبات کربن و سیلیسیم است.

بور ترکیباتنسبتاً پایداری با عناصر اکسیژن، نیتروژن و بیشتر فلزات تشکیل می­دهد و به همیندلیل است که تهیه بور خالص با دشواری همراه است.
بور یکنیمه رساناست و از لحاظ شیمیایی می­توان آن را در دسته غیرفلزها طبقه بندینمود. همانطور که گفته شد شیمی بور با شیمی سایر اعضاء هم گروهی خود متفاوتبوده و بیشتر به شیمی سیلیسیم شباهت دارد.
بور فراوانیزیادی در طبیعت ندارد، معدن­های عمده رسوبات بور بیشتر در مناطق آتشفشانی وچشمه­های آب گرم قرار دارند. با این توصیف انتظار می­رود که در ایران دردامنه­های دماوند و سبلان و در رشته کوههای البرز و زاگرس معادن بورناشناخته زیادی وجود داشته باشد.
بور با خلوص 95 تا 98 درصد را می­توان توسط گرمایش پودرMgبا B2O3بدست آورد.محصول بدست آمده را ابتدا با قلیا و بعد با اسید کلریدریک و در نهایت با اسیدفلوئوریدریک به شدت می­شویند. این بور به دست آمده بی شکل، به صورتپودر تیره رنگ بوده و ممکن است بلورهای بسیار ریز بور در آن یافت شود. البته مقداری اکسید و بورید نیز در آن وجود دارد.
بور طبیعی دارایدو ایزوتوپ 10B با فراوانی 6/19% و 11B با فراوانی 4/80% است و همچنیندو آلوتروپ از آن بسیار شناخته شده­تر هستند.
ترکیب­هایی ازبور برای درمان درد مفاصل به کار می رود. هم چنین چون بورهیدریدها به آسانیاکسید شده و انرژی زیادی آزاد می کنند از آنها گاهی بهعنوان سوخت موشکاستفاده می­شود.
ترکیب­های بوردر لعاب دادن و میناکاری ظروف چینی به کار می­روند. همچنین در تهیه کودها وعلف کش­ها، در دباغی چرم (قهوه­ای کردن چرم)، کنترل خوردگی، ابزارهایردیابی نوترون، به عنوان محافظ در برابر تابش­های هسته ای، در پاک کننده­ها، صابون­ها، شوینده­ها و مواد آرایشی کاربرد بسیار وسیعی دارند.
1-5- ترکیبات بور
ترکیبات بور خانواده­ای از ترکیبات به شکلBX(X=N, P, As, Sb)را تشکیل می­دهند، بطوری که X یکی از عناصر گروه V جدول تناوبی می­باشد. این ترکیبات متعلق به خانواده­ای هستند که خواص مشابهی از خود نشان می­دهند، اما به تدریج این خواص با افزایش عدد اتمی اتم­ها تغییر می یابند. به عنوان مثال همگی آنها دارای ساختار بلورین بلند روی (ZB) با مختصات تتراهدرال می­باشند، دارای هیبریداسیون هستند و ساختار الکترونی مشابهی دارند.
ترکیبات بور به دلیل خواص منحصر به فرد و متفاوت با دیگر ترکیبات گروه III-V در سال­های اخیر به عنوان نیمه­رساناهای با گاف انرژی بالا، مورد توجه خاص پژوهشگران قرار گرفته­اند.

هدایت گرمایی بالا، چگالی پایین و گاف انرژی عریض از مشخصه­های بارز این ترکیبات به شمار می­روند که موجب کاربرد وسیع این ترکیبات در صنایع الکترونیک واپتوالکترونیک شده­اند.
ترکیبات دوتایی و همچنین سه­تایی و چهارتایی نیمه رساناها برای کاربردهای ویژه­ای استفاده می­شوند، بنابراین بیشتر نیمه­رساناها شامل آلیاژهایی با سه عنصر یا بیشتر می­باشند. در گروه III-V ترکیبات BN، BSb، BP و BAs از جمله نیمه­رساناهایی هستند که دارای ویژگی­های فیزیکی و اپتیکی سودمندی هستند. نتایج تجربی نشان می­دهند که نیمه­رساناهای BN، BSb، BP و BAsدر فاز تعادلی بلند روی(ZB) قرار دارند. همچنین چگالی حالتها و چگالی ابرالکترونی BSb و BP در فاز مکعبی (ZB) بررسی شده است و نتایج بدست آمده وجود یک گاف انرژی غیرمستقیم را در این فاز برای این ترکیبات نشان می­دهد که دلیلی بر نیمه­رسانا بودن آن­ها است.
1-6- بررسی مطالعات تجربی و نظری ترکیبات BP و BSb
نیم­رساناهای گروه II-IVو III-V از جمله نیم­رساناهای گاف پهن هستند که ویژگی این ترکیبات و آلیاژهای آنها از دهه­ی 70 میلادی به بعد مورد بررسی قرار گرفت. نیم­رساناها با پهنای گاف انرژی زیاد برای ساخت دیودها و لیزرهای با نوردهی در ناحیه بنفش، آبی و سبز و نیز کارایی آنها در الکترونیک دمای بالا، همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است. به ویژه نیم­رساناهای گروه III-Vبرای توسعه قطعات اپتو­الکترونیکی آبی/فرابنفش توجه زیادی را به خود جلب کرده­اند، که این مهم به دلیل موفقیت­های تاکامورا و همکارانش ]2[ در ساخت چشمه­های لیزر نیم­رسانای آبی است.
نیم­رساناهای BSb و BP از جمله نیم­رساناهایی هستند که دارای ویژگی­های فیزیکی و اپتیکی سودمندی هستند. نیم­رساناهایی مانند BSb، BP، BAs و... بیش از هشتاد درصد بازار نیم­رساناهای ترکیبی را در اختیار دارند، لذا پروژه­های تحقیقاتی فراوانی در این زمینه انجام گرفته است. یکی از اهداف مهم در پروژه­های تحقیقاتی رسیدن به بازده نوری بالا به منظور جایگزینی دستگاههای نوری فعلی با نسل جدید منابع نوری بر پایه­ی LED می­باشد. هر چند رشد ترکیبات BSb و BP به دلیل متفاوت بودن پارامترهای شبکه، مشکل است و هنوز نمونه رضایت بخشی از آن ارائه نشده است، ولی این ساختارها از دیدگاه­های مختلف نظری مورد مطالعه است که نتایج حاصله می­تواند برای پژوهشگرانی که در زمینه­ی رشد این گروه از نیم­رساناها فعالیت دارند، مفید باشد.
همچنین زونگر و همکارانش ]3[ به مطالعه و بررسی خواص ساختاری و الکترونی و ترمودینامیکی آلیاژهای BNxSb1-x ، BPxSb1-xوBAsxSb1-xپرداخته­اند.
اخیراً نیز اکبرزاده وهمکارانش ]4[ خواص ترمودینامیکی و الکترونیکی عناصرBP و BAs را مورد بررسی قرار داده­اند.

آن­ها اثرتغییرناخالصی را با تغییر عدد xبر روی مقادیر ثابت شبکه، مدول حجمی و گاف نواری مورد بررسی قرارداد­ه­اند.
شکل­های (1-1) و (1-2) به ترتیب نمودارهای مقایسه­ی مقادیر ثابت شبکه و مدول حجمی آلیاژهایBNxP1-x و BNxAs1-x که توسط اکبرزاده و همکارانش محاسبه شده، نشان داده شده است.



دریافت فایل
جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید





مقاله


پاورپوینت


فایل فلش


کارآموزی


گزارش تخصصی


اقدام پژوهی


درس پژوهی


جزوه


خلاصه