Введение к работе
Актуальность темы. Среди новых материалов, необходимых для 'довлетворения все возрастающих потребностей техники, большое інимание исследователей привлекает группа кристаллов А2В5 - фосфиды, арсениды, антимониды цинка и кадмия, обладающих сложной :ристалличсской структурой.
Кристаллы группы А В в силу оригинального сочетания их физиче-ких и физико - химических свойств являются весьма интересными для фактических применений. Исследования физических и физико - хи-гаческих свойств этих кристаллов проводятся во многих научных цен-рах - как в России (ИОНХ им. Н.С. Курнакова РАН), так и в ближнем Украина, Молдова) и дальнем зарубежье (Польша, Япония, Канада, ЛІІА). К настоящему времени разработаны физико - химические осно-ы получения фосфидов, арсенидов, антимонидов кадмия и цинка в иде объемных монокристаллов, тонких слоев и пленок; проведены омплсксные исследования оптических, электрических, фото- и термо-лектрических, физико - механических характеристик и на этой основе щределены перспективные направления их практического примене-[ия. На базе кристаллов А2В5 организовано серийное производство оп-ических деталей, приемников тепловых потоков, измерительных лектропреобразователей и др. Группа кристаллов A,Bj (тетрагональ-[ые Cd3As2, Zn3As2, Zn3P2, СазРг) также нашла практическое примене-іие. Из тонких пленок СёзАБг изготовляются высокочувствительные [атчики Холла, магнеторезисторы. Zn(Cd)3P2 и Zn(Cd)3As2 использу-этся в качестве технологической лигатуры для создания электронно -[ырочных переходов при производстве приборов из InP,. GaAs и их ге-ероструктур. Zn3P2 является перспективным материалом для исполь-ования в оптоэлектронике (для изготовления широкополосных фото-[етекторов, индикаторов поляризации света) и в солнечной энергетике (ля солнечных ячеек.
Сложный состав, технологические трудности получения совершен-гых монокристаллов упомянутых выше материалов приводят к значи-ельным экспериментальным трудностям по установлению таких зундаментальных характеристик, необходимых для прогнозирования їх физико - химических свойств, как энергетическая зонная структура ЗС), химическая связь. Это обстоятельство обусловливает актуаль-
ность и ценность детальных теоретических исследований ЗС, оптиче ских свойств и характера химической связи. Целью работы явилось:
реализация (в виде пакета программ на языке Фортран) метод эмпирического псевдопотенциала для расчета энергетическо зонной структуры, плотности электронных состояний, поляри зационпо - зависимых зона - зонных переходов, электронно плотности и связанных с ней параметров химической связи применении к тетрагональным кристаллам сложного состав AjBj при учете их реальной кристаллической структуры и спи - орбитального взаимодействия (СОВ);
обнаружение, и исследование неизвестных ранее особенносте энергетической зонной структуры, плотности электронных со стояний, поляризационно - зависимых зона - зонных перехо дов, химической связи для интерпретации имеющихся экспе риментальных данных и предсказания новых свойств тетраго нальных кристаллов А3В*.
Научную новизну представленных в работе исследований составля ют:
впервые вычисленные в реальной геометрии кристаллическо: решетки энергетические электронные спектры, распределени заряда валентных электронов и связанные с ними параметрі химической связи, поляризационно - зависимые характерне ки оптических переходов, плотность электронных состояни тетрагональных кристаллов АІ&1 с учетом спин - орбитальног взаимодействия.
обнаруженные особенности распределения валентного заряда : характера химической связи в Zn(Cd)3As2 и Zn(Cd)3P2;
обнаруженные особенности влияния спин - орбитальног взаимодействия и отклонений реальной структуры тетраго нальных кристаллов от флюоритного приближения на уровн: валентной полосы и зоны проводимости;
обнаруженные особенности формирования экспериментальны структур оптических спектров на основе вычисленных поляри зационных зависимостей зона - зонных переходов в тетраго нальных кристаллахАзВ^;
установленная природа края поглощения в Zn(Cd)jAs2 Zn(Cd)3P2.
Научная ценность и практическая значимость работы заключается в следующем:
предсказанные нами специфические особенности энергетической зонной структуры, поляризационно - зависимых оптических переходов, химической связи представляют теоретическую основу для прогнозирования физико - химических свойств кристаллов А^В^;
опыт расчета (методика, пакеты программ) электронной структуры, плотности электронных состояний, поляризационной зависимости зона - зонных переходов, распределения заряда валентных электронов в кристаллах A^B*, имеющих высокосимметричный флюоритный аналог, может быть использован для расчета фундаментальных характеристик других кристаллов со сверхрешеточной структурой.
Защищаемые положения:
в кристаллах AjBj, имеющих сверхрешеточную структуру (над флюорйтной структурой), существенным для расчета их фундаментальных характеристик (зонная структура, распределение электронной плотности и др.) и последующей интерпретации экспериментальных данных является учет реальной геометрии кристаллической решетки и спин - орбитального взаимодействия;
СсЬАвг, Z113AS2, СбзРг являются прямозонными полупроводниками; 2пзРг - либо непрямозонный, либо псевдопрямозонный полупроводник со сложной структурой электронного спектра в окрестности запрещенной щели;
катион - анионные связи в Z113AS2, Cd3As2, Cd3p2, Zn3P2 носят ионно - ковалентный характер на фоне достаточно большого однородно распределенного заряда с небольшим ковалентным связыванием в катионных и анионных плоскостях (Z113P2 и СёзРг) и в катионных плоскостях (СазАБг и Z113AS2).
Личный вклад автора. Все расчетные результаты, представленные в диссертационной работе, получены лично автором; обсуждение и интерпретация результатов проведено им совместно с научным руководителем.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и-обсуждались на 3 - 4 Российской университетско - академической на-
учно - практической конференциях (г. Ижевск, 1997 г., 1999 г.), 5 Все российской научной конференции студентов - физиков и молодых учб ных ВНКСФ - 5 (г. Екатеринбург, 1999 г.).
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 8 работаз перечень которых приведен в конце автореферата.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четь рех глав, выводов, списка литературы и содержит 195 страниц, 25 pi сунков, 23 таблицы и приложения на 87 страницах. Список литератур: содержит 142 наименования.
