بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش خواص الکترونی و اپتیکی تک لایه های GaAs و GaP با استفاده از محاسبات اصول اولیه بررسی شده است. محاسبات به روش امواج تقویت شده خطی در چارچوب نظریه تابعی چگالی با تقریب شیب تعمیم یافته انجام شده است. نتایج بدست امده نشان می دهد که این مواد دارای گاف غیر مستقیم هستندو بررسی های اپتیکی نشان می دهدکه تابع دی الکتریک به شدت به جهت قطبش نور بستگی دارد و آستانه جذب این مواد در راستای x در ناحیه مرئی قرار میگیرد.
ساختار نواری وچگالی جزئی
ساختار نواری نشان دهنده ی تراز های انرژی مجازی هستند که الکترون با بردار موجk می تواند داشته باشد. نواحی از انرژی که برای آن ها هیچ اوربیتال موج گونه وجود ندارد نوارهای انرژی را
از یکدیگر جدا می کند. چنین نواحی ممنوعی گاف نواری نامیده می شوند. برای درک بهتر خواص الکترونی و اپتیکی رسم ساختار نواری این مواد مفید است. ساختار نواری این مواد در شکل 2 رسم شده است و همین طور که دیده می شود این مواد دارای گاف غیر مستقیم هستند.
گاف نواری برای GaAs وGaP به ترتیب 1,08 و1,62 است که با نتایج دیگران مطابقت دارد. [5] ,[2] ,نمودار چگالی جزئی هر دو ترکیب در شکل 3 رسم شده است در مورد GaAs اوربیتال آرسنیک به طور برجسته در نوار ظرفیت شرکت میکند در حالی که اوربیتال های S گالیوم و ارسنیک به طور فعال در نوار رسانش شرکت می کنند. در مورد GaP اوربیتال فسفر در نوار ظرفیت و اوربیتال های گالیوم و به مقدار کمتری اوربیتال S آن در نوار رسانش شرکت می کنند.
خواص اپتیکی
بررسی خواص اپتیکی مواد به منظور پیش بینی کاربرد های صنعتی جدید به کار می رود. این محاسبات با محاسبه تابع دی الکتریک مختلط شروع می شود. شدت تابع دی الکتریک یک جامد با رابطه1 داده می شود. [5 ]
رابطه 1
قسمت حقیقی و موهومی تابع دی الکتریک در دو جهت x وz در شکل 4 و5 رسم شده است. اگر قسمت حقیقی تابع دی الکتریک در سه جهت منطبق نباشد بیانگر اثار غیر همسانگردی است. [6 ] بخش موهومی تابع دی الکتریک با انتقالات درون نواری در مواد مرتبط است و بخش حقیقی تابع دی الکتریک با تحریک جمعی الکترون ها و طیف بازتاب رابطه دارد. همچنین مقدار منفی بخش حقیقی تابع دی الکتریک با حدکثر بازتاب در ان بازه انرژی مطابقت دارد که بیانگر رفتار فلزی ترکیب در ان بازه است .[4]
دی الکتریک GaAs
طیف جذبی:
طیف جذبی مربوط به گذارهای اپتیکی مجاز الکترون را بین حالت های اشغال شده و حالت های خالی نوار رسانش نشان میدهد.شکل 6 طیف جذبی این ترکیبات را نشان می هد. آستانه طیف جذبی برای هردو ترکیب در راستایx وy در ناحیه نور مرئی است اما حداکثر در جایی در رنج uv قرار میگیرد. برای راستای z هیچ گونه جذی در ناحیه مرئی وجود ندارد. وجود پیک های تیز در راستای z به معنای انتقالات درون نواری است.
ضریب شکست :
مقدار ضریب شکست در انرژی صفر را ضریب شکست استاتیکی می گویند. اگر ضریب شکست با افزایش فرکانس افزایش یابد این رفتار را پاشندگی بهنجار گویند.
