Propiedades estructurales, elásticas, electrónicas y térmicas del InAs: Un estudio de densidad funcional
Resumen
En esta investigación se realizaron cálculos de primeros principios en el marco de la teoría del funcional de la densidad (DFT), utilizando las aproximaciones LDA y GGA, con el fin de estudiar las propiedades estructurales, elásticas, electrónicas y térmicas del InAs en la estructura zinc blenda. Los resultados de las propiedades estructurales (a, B0, ) muestran un buen acuerdo con los resultados teóricos y experimentales reportados por otros autores. Con respecto a las propiedades elásticas, las constates elásticas (C11, C12 y C44), el coeficiente de anisotropía (A) y las velocidades del sonido ( , y ) predichas están acordes con los resultados reportados por otros autores. En contraste, el módulo de Shear (G), el módulo de Young (Y) y la razón de Poisson (v) presentan cierta discrepancia con respecto a los valores experimentales; sin embargo, los valores obtenidos son razonables. Por otro lado, se evidencia la tendencia de las aproximaciones LDA y GGA a subestimar el valor de la brecha de energía prohibida en los semiconductores. Las propiedades térmicas (V, , θD yCV) del InAs, calculadas usando el modelo cuasi-armónico de Debye, son ligeramente sensibles a medida que aumenta la temperatura. De acuerdo con los criterios de estabilidad y el valor negativo de la entalpia de formación, el InAs es mecánicamente y termodinámicamente estable. Por lo tanto, este trabajo puede ser utilizado como referencia para estudios teóricos y experimentales basados en InAs.
Palabras clave
InAs, Parámetros estructurales, Propiedades térmicas, Semiconductores, Teoría del funcional de la densidad
Referencias
- A. Mujica, A. Rubio, A. Muñoz, and R. J. Needs, “High-pressure phases of group-IV, III–V, and II–VI compounds,” Rev. Mod. Phys, vol. 75 (3), pp. 863-912, Jul. 2003. DOI: http://doi.org/10.1103/RevModPhys.75.863. DOI: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.75.863
- K. Seung-Hwan, and S. L. Sheng, “Theoretical investigation of InAs/GaInSb type-II superlattice infrared detectors for longwavelength and very longwavelength infrared applications,” Physica E., vol. 16 (2), pp. 199-208, Feb. 2003. DOI: http://doi.org/10.1016/S1386-9477(02)00667-7. DOI: https://doi.org/10.1016/S1386-9477(02)00667-7
- R. Ahmed, S. J. Hashemifar, H. Akbarzadeh, M. Ahmed, and Fazal-e-Aleem, “Ab initio study of structural and electronic properties of III-arsenide binary compounds,” Comp Mat Sci, vol. 39 (3), pp. 580-586, May. 2007. DOI: http://doi.org/10.1016/j.commatsci.2006.08.014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2006.08.014
- D. R. Lide, Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton FL: CRC Press, 87th ed, 1998.
- Landolt-Börnstein, “Semiconductors, Physics of Group IV Elements and III-V Compounds,” New Series, Group III, vol. 17, edited by O. Madelung, M. Schulz, and H. Weiss, Springer-Verlag, New York, 1982.
- D. Gerlich, “Elastic Constants of Single-Crystal Indium Arsenide,” J. Appl. Phys., vol. 34 (9), pp. 2915-2919, Sep. 1963. DOI: http://doi.org/10.1063/1.1729833. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1729833
- M. Kocher, A. Jain, S. Ping-Ong, and G. Hautier, “Materials Project structure optimization”. Available in: http://materialsproject.org/materials/mp-20305/.
- E. S. Penev, “On the theory of surface diffusion in InAs/GaAs (001) Heteroepitaxy,” Technischen Universitat Berlin, 2002.
- S. W. Ellaway, and D. A. Faux, “On the elastic properties of InAs under hydrostatic pressure”, Phys. Stat. Sol. (b)., vol. 235 (2), pp. 437-440, Feb. 2003. DOI: http://doi.org/10.1002/pssb.200301598. DOI: https://doi.org/10.1002/pssb.200301598
- L. Louail, D. Maouche, and A. Hachemi, “Elastic properties of InAs under pressure up to 18 GPa,” Mater. Lett., vol. 60 (27), pp. 3269-3271, Nov. 2006. DOI: http://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.03.011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.03.011
- Ioffe Physical Technical Institute, “Semiconductors on NSM”. Available in: http://www.ioffe.rssi.ru/SVA/NSM/Semicond/.
- J. P. Perdew, and A. Zunger, “Self-interaction correction to density-functional approximations for many-electron systems,” Phys. Rev. B., vol. 23, pp. 5048-5079, 1981. DOI: http://doi.org/10.1103/PhysRevB.23.5048. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.23.5048
- J. P. Perdew, K. Burke, and M. Emzerhof, “Generalized Gradient Approximation Made Simple,” Phys. Rev. Lett., vol. 77, pp. 3865-3868, Oct. 1996. DOI: http://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
- P. E. Blochl, “Projector augmented-wave method,” Phys. Rev. B., vol. 50, pp. 17953-17979, Dec. 1994. DOI: http://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.17953. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.17953
- G. Kresse, and D. Joubert, “From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented wave method,” Phys. Rev. B., vol. 59, pp. 1758-1775, Dec. 1999. DOI: http://doi.org/10.1103/PhysRevB.59.1758. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.59.1758
- G. Kresse, and J. Furthmüller, “Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set,” Comput. Mater. Sci., vol. 6, pp. 15-50, 1996. DOI: http://doi.org/10.1016/0927-0256(96)00008-0. DOI: https://doi.org/10.1016/0927-0256(96)00008-0
- G. Kresse, and J. Furthmüller, “Efficient iterative schemes for ab initio total energy calculations using a plane-wave basis set,” Phys. Rev. B., vol. 54, pp. 11169-11186, 1996. DOI: http://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.11169. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.11169
- A. Otero-de-la-Roza, and V. Luaña, “Gibbs2: A new version of the quasi-harmonic model code. I. Robust treatment of the static data,” Comput. Phys. Commun., vol. 182 (8), pp. 1708-1720, Aug. 2011. DOI: http://doi.org/10.1016/j.cpc.2011.04.016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cpc.2011.04.016
- A. Otero-de-la-Roza, and V. Luaña, “Equations of state and thermodynamics of solids using empirical corrections in the quasiharmonic approximation,” Phys. Rev. B., vol. 84, pp. 184103(1)-184103(20), 2011. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.184103
- F. D. Murnaghan, “The compressibility of media under extreme pressures,” Proc. Natl. Acad. Sci., vol. 30 (9), pp. 244-247, Sep. 1944. DOI: http://doi.org/10.1073/pnas.30.9.244. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.30.9.244
- G. V. Ozolin’sh, G. K. Averkieva, A. F. Levin’sh, and N. A. Goryunova, “Investigation of Gallium and Indium Antimonides,” Sov. Phys. Crystallogr., vol. 7, pp. 691, 1963.
- P. E. Van Camp, V. E. Van Doren, and J. T. Devreese, “Pressure dependence of the electronic properties of cubic III-V In compounds,” Phys. Rev. B., vol. 41 (3), pp. 1598-1602, Jun. 1990. DOI: http://doi.org/10.1103/PhysRevB.41.1598. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.41.1598
- K. Yamaguchi, Y. Takeda, K. Kameda, and K. Itagaki, “Measurements of Heat of Formation of GaP, InP, GaAs, InAs, GaSb and InSb,” Mater. Trans., JIM, vol. 35 (9), pp. 596-602, 1994. DOI: http://doi.org/10.2320/matertrans1989.35.596. DOI: https://doi.org/10.2320/matertrans1989.35.596
- S. Adachi, Properties of group-IV, III – V and II – VI semiconductors, John Wiley & Sons Ltd, 2005. DOI: http://doi.org/10.1002/0470090340. DOI: https://doi.org/10.1002/0470090340
- T. Uesugi, Y. Takigawa, and K. Higashi, “Elastic Constants of AlLi from First Principles,” Mater. Trans., vol. 46 (6), pp. 1117-1121, 2005. DOI: http://doi.org/10.2320/matertrans.46.1117. DOI: https://doi.org/10.2320/matertrans.46.1117
- H. Fu, D. Li, F. Peng, T. Gao, and X. Cheng, “Ab initio calculations of elastic constants and thermodynamic properties of NiAl under high pressures,” Comput. Mater. Sci., vol. 44 (2), pp. 774-778, Dec. 2008. DOI: http://doi.org/10.1016/j.commatsci.2008.05.026. DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2008.05.026
- R. Hill, “The Elastic Behaviour of a Crystalline Aggregate,” Proc. Phys. Soc. A., vol. 65 (389), pp. 349-399, 1952. DOI: http://doi.org/10.1088/0370-1298/65/5/307. DOI: https://doi.org/10.1088/0370-1298/65/5/307
- L. O. Anderson, “A simplified method for calculating the debye temperature from elastic constants,” J. Phys. Chem. Solids., vol. 24 (7), pp. 909-917, Jul. 1963. DOI: http://doi.org/10.1016/0022-3697(63)90067-2. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-3697(63)90067-2
- K. Kuriyama, and S. Saito, “Elastic constants of single-crystal lithium indium,” Phys. Rev. B., vol. 13 (4), pp. 1528–1531, Feb. 1976. DOI: http://doi.org/10.1103/PhysRevB.13.1528. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.13.1528
- K. Kuriyama, S. Saito, and K. Iwamura, “Ultrasonic study on the elastic moduli of the NaTl (B32) structure,” J. Phys. Chem. Solids., vol. 40 (6), pp. 457-461, Jan. 1979. DOI: http://doi.org/10.1016/0022-3697(79)90062-3. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-3697(79)90062-3
- N. G. Einspruch, and R. J. Manning, “Elastic Constants of Compound Semiconductors ZnS, PbTe, GaSb,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 35 (2), pp. 215-216, Feb. 1963. DOI: http://doi.org/10.1121/1.1918434. DOI: https://doi.org/10.1121/1.1918434
- H. M. Ayedh, and A. Wacker, “Acoustic Phonons in Nanowires with Embedded Heterostructures,” J. Nanomater, vol. 2011, Article ID 743846, 2011. DOI: http://doi.org/10.1155/2011/743846. DOI: https://doi.org/10.1155/2011/743846
- F. Tran, and P. Blaha, “Accurate band gaps of semiconductors and insulators with a semilocal exchange-correlation potential,” Phys. Rev. Lett., vol. 102, pp. 226404 (4pp), 2009. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.226401
- A. Haddou, H. Khachai, R. Khenata, F. Litimein, A. Bouhemadou, G. Murtaza, Z. Alahmed, S. Bin-Omran, and B. Abbar, “Elastic, optoelectronic, and thermal properties of cubic CSi2N4: an ab initio study,” J. Mater. Sci., vol. 48 (23), pp. 8235-8243, Dec. 2013. DOI: http://doi.org/10.1007/s10853-013-7636-7. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-013-7636-7
- W. López-Pérez, P. Castro-Diago, L. Ramírez-Montes, A. González-García, and R. González-Hernández, “Effects of scandium composition on the structural, electronic, and thermodynamic properties of SCxY1–x metallic alloys,” Philos. Mag, vol. 96 (5), pp. 498-510, Feb. 2016. DOI: http://doi.org/10.1080/14786435.2016.1140915. DOI: https://doi.org/10.1080/14786435.2016.1140915
- C. Kittel, “Introduction to solid state physics,” New York, John Wiley & Sons, Inc., 7th ed., 1996.
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