بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله نخست انرژي بستگی ناخالصی واقع در موقعیتهاي مختلف نقاط کوانتمی چندگانه متقارن GaN در تقریب جرم مؤثر و با استفاده از روش وردشی محاسبه شده است. سپس با اعمال میدان الکتریکی خارجی به سیستم ، تأثیر آنرا بر انرژي بستگی معین نمودهایم. نتایج بیانگر ماکزیمم انرژي بستگی بازإ مکانهاي ناخالصی واقع در مرکز نقاط میباشد . اعمال نیروي الکتریکی سبب جابهجایی قلههاي انرژي بستگی میشود.
مقدمه
حضور ناخالصی بهطور چشمگیر بر عملکرد ابزارهاي کوانتمی تأثیر میگذارد. نقش ناخالصیها در تعیین ویژگیهاي فیزیکی نانو ساختارهاي نیمه رسانا، از قبیل خواص الکترونیک و نوري شناختهو گزارش شده است.
نیمه هاديهاي نیتروژندار به دلیل داشتن ویژگیهاي منحصر به فرد از جمله گاف انرژي پهن و گسترده و کاربرد آنها در ساخت قطعات اپتیکی و الکترونیکی در سالهاي اخیر توجهات زیادي را به خود معطوف کردهاند .[1] در ساختار کوانتمی / InGaN GaN الکترونگاتیوي بسیار زیاد نیتروژن و تفاوت ثابت شبکه میان GaN و InGaN به ترتیب منجر به ایجاد قطبش خود به خودي و خاصیت پیزوالکتریک میشود و میدان الکتریکی داخلی بزرگی ایجاد میکنند که حالتهاي الکترونی و خواص اپتیکی را تحت تأثیر قرار میدهد. تا کنون کارهاي تجربی و نظري زیادي در بررسی حالتهاي الکترونیکی در شکلهاي متفاوت نقاط کوانتمی این ترکیب انجام گرفته است .[4-2]
در این مقاله با بهکارگیري تقریب جرم مؤثر و روش وردشی، انرژي بستگی ناخالصی هیدروژنی در ساختار کوانتمی / GaN InxGa1x N / InyGa1 y N شامل سه نقطه کوانتمی استوانهاي متقارن در حضور میدان الکتریکی را بررسی خواهیم کرد.
روش محاسباتی
سیستم مورد نظر شامل سه نقطه کوانتمی استوانهاي متقارن InxGa1x N ، احاطه شده به وسیله دو ماده - با گاف انرژي بزرگ - ، yx InyGa1 y N در راستاي شعاعی و GaN در راستاي محور z ها است - شکل . - 1 نقاط کوانتمی استوانهاي با شعاع R وطول Ld مشخص شده و ضخامت لایه سد میانی را Lb در نظر گرفتهایم. در تقریب جرم مؤثر ، هامیلتونی الکترون در حضور ناخالصی هیدروژنی و میدان الکتریکی به صورت زیر بیان میشود:
نتیجه گیري
انرژي حالت پایه ناخالصی هیدروژنی، Eb ، بهصورت تابعی از موقعیت ناخالصی zi و پارامترهاي ساختاري نقاط از قبیل طول شعاعنقاط Ld و R در ساختار چندتایی متقارن را بررسی میکنیم. پارامترهاي استفاده شده در محاسبات به قرار زیر در نظر می-گیریم: انرژي گاف GaN و InxGa1x N بهترتیب 3.22eVو 3.221 x 0.19x 1.4x1 x ، ثابت دي الکتریک GaN ، = 9.52 ، y=0.02 ، جرم مؤثر الکترون در نقاط
InxGa1x N و در لایههاي سد میانی GaN بهترتیب 0.1x 0.191 xmeو 0.19me میباشند.[6]
در شکل 2 انرژي بستگی حالت پایه Eb بر حسب مکان ناخالصی zi ترسیم شده است. در غیاب میدان الکتریکی، زمانی که ناخالصی در مرکز نقطه میانی - QD2 - قرار دارد انرژي بستگی داراي ماکزیمم مقدار و هنگامی که ناخالصی در مرکز QD1 و QD3 قرار می گیرد دو قله ضعیف تر متقارن ایجاد می شود. تابع موج الکترونعمدتاً در اطراف مرکز نقاط توزیع شده است و برهم کنش کولمبی بین الکترون و ناخالصی زمانی که ناخالصی در مرکز هرکدام از نقاط قرار دارد، بیشترین مقدار است بنابراین انرژي بستگی به حداکثر مقدار خود میرسد. زمانی که ناخالصی در مرکز سد بین نقاط قراردارد انرژي بستگی حداقل میشود. همچنان که مشاهده میشود در غیاب میدان الکتریکی توزیع انرژي متقارن است اما با اعمال میدان الکتریکی انرژي بستگی نامتقارن میشود. از آنجائیکه میدان الکتریکی در جهت محور z اعمال شده است
نیرویی در خلاف جهت محور z بر الکترون وارد شده بنابراین تابع موج به سمت چپ انتقال یافته اندرکنش کولمبی تغییر کرده و قله-ها جابهجا میشوند.
شکل:2 انرژي بستگی Eb بر حسب مکان ناخالصی zi در نقاط کوانتمی چندگانه متقارن In0.15Ga0.85N با طول نقطه Ld=3nm و شعاع R=5nm و پهناي سد Lb=2nm براي دو مقدار متفاوت میدان الکتریکی.
در شکل 3 تغییرات انرژي بستگی Eb بر حسب طول نقاط Ld و در حضور میدان الکتریکی بررسی شده است. مشاهده میکنیم به جزء در منحنی هاي g , a , e - ناخالصی واقع در مراکز نقاط - که انرژي بستگی با افزایش طول نقطه زیاد شده است، در سایر موقعیتهاي ناخالصی با افزایش طول نقطه به عنوان نتیجهاي از کاهش برهمکنش کولمبی بین الکترون و ناخالصی انرژي بستگی شکل: 3 انرژي بستگی ناخالصی هیدروژنی Eb بر حسب طول نقاط Ld در نقاط کوانتمی چندگانه متقارن In0.15Ga0.85N با طول نقطه Ld=1 nm و شعاع R=5 nm و میدان الکتریکی اعمال شده F=25 kV/cm منحنی هاي a، b، c، d، e و g به ترتیب براي ناخالصی واقع در موقعیت هاي zi = 0, Ld/2, - Ld+Lb - /2, Ld/2+Lb, Ld+Lb, - - Ld+Lb - می باشند.
