Skip to main content
SUPERVISOR
Hadi Akbar zadeh,Seyed Javad Hashemifar
هادی اکبرزاده (استاد راهنما) سید جواد هاشمی فر (استاد مشاور)
 
STUDENT
Leila Salimi Parvaneh
لیلا سلیمی پروانه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Ab Initio Study of Structural and Electronic Properties of Bulk InAs and its Nanowires
We have studied the structural and electronic properties of InAs bulk and nanowires by using density functional theory – pseudo potential computations, with local density approximation. The stable structure of bulk InAs is Zinc Blende (ZB) although under special experimental conditions Wurtzite (WZ) InAs has also been observed. Due to the high symmetry and low ratio of dangling bonds, we have considered triangular and hexagonal WZ nanowires in [0001] direction and hexagonal ZB nanowires in [111] direction. In order to select facets of the nanowires, we calculated formation energy of nonpolar surfaces of both structures and found that ZB(110) and WZ(1010) are most stable than others. All nanowires were calculated in the optimized and relaxed supercells. Calculating the cohesive energy of nanowires with small diameter nanowires were fitted by a phenomenological model to obtain dangling bond energies and then extrapolate the cohesive energy of large diameter nanowires. The extrapolate results indicate that for diameters up to 50 Angstrom, the WZ nanowires are more stable than ZB nanowires while for larger diameters, the contribution of dangling bonds reduces and the results converge to that of bulk InAs. In spite of the presence of dangling bonds at surfaces, WZ InAs nanowires are semiconducting. By the quantum confinement, the band gap increases as the diameter of nanowires reduces, but the increase seems to be slower than what we expect from simple quantum mechanical model. In WZ nanowires the top of valence band is mainly contributed by As-4p valence electrons, while the bottom of conduction band is contributed by In-5p valence electrons. Key Words: Semiconductor Nanowires, InAs, Density Functional Theory, Pseudo Potential, Nanpolar Surfaces, Cohesive Energy, Dangling Bonds, Quantum Confinement.
در این پایان نامه خواص ساختاری و الکترونی بلور و نانوسیم ایندیم آرسناید به روش محاسباتی بدست آمده است. محاسبات ما بر پایه ی نظریه تابعی چگالی و به روش شبه پتانسیل با در نظر گرفتن تقریب چگالی موضعی همگن، با استفاده از نرم افزار محاسباتی PWscf انجام شده است. ساختار پایدار بلور ایندیم آرسناید زینک بلند است، گرچه تحت شرایط آزمایشگاهی خاصی در ساختار ورتسایت نیز مشاهده شده است. با در نظر گرفتن تقارن بالا و نسبت کوچک پیوندهای آویزان، نانوسیم هایی با سطح مقطع مثلثی شکل و شش ضلعی در فاز ورتسایت ]0001 [ و سطح مقطع شش ضلعی در فاز زینک بلند در راستای ]111 [ در نظر گرفتیم. برای انتخاب کردن سطوح جانبی نانوسیم، انر‍ژی تشکیل سطوح غیر قطبیده دو ساختار را محاسبه کردیم و سطوح (110) و (1010) به ترتیب در دو فاز زینک بلند و ورتسایت پایدارتر از دیگر سطوح بدست آمدند. محاسبات شبیه سازی نانوسیم ها در ابرسلول واهلیده و بهینه شده انجام شد. با محاسبه انرژی همدوسی نانوسیم ها در قطرهای کوچک، ساختار ورتسایت را پایدارتر از زینک بلند بدست آوردیم که با نتایج تجربه سازگار است. بصورت پدیده شناختی انرژی همدوسی نانوسیم را می توان بر حسب انرژی پیوندهای آویزان تعریف کرد و انرژی همدوسی نانوسیم در قطرهای بزرگتر را می توان برون یابی کرد. نتایج برون یابی شده نشان می دهد که تا قطر 50 آنگستروم نانوسیم های ورتسایت پایدارتر از نانوسیم های زینک بلند هستند. برای قطرهای بزرگتر، سهم پیوندهای آویزان کاهش می یابد و نتایج به سمت مقادیر حالت بلوری ایندیم آرسناید همگرا می شوند. برخلاف حضور پیوندهای آویزان در سطوح نانوسیم فاز پایدار ورتسایت، نانوسیم ها رفتار نیمه رسانایی را حفظ می کنند. با کاهش قطر، پهنای گاف انرژی افزایش یافته و اثرات محصورشدگی کوانتومی مشهود می باشد. البته این افزایش کندتر از روندی است که الگوی ساده کوانتومی ذره در جعبه و تقریب جرم مؤثر پیش بینی می کند. با محاسبه چگالی حالات جزیی نانوسیم های فاز ورتسایت مشاهده کردیم اربیتال p4 آرسنیک سهم عمده بالاترین نوار ظرفیت و اربیتال p5 ایندیم سهم عمده پایین ترین نوار رسانش را تشکیل می دهند. کلمات کلیدی : نانوسیم های نیمه رسانا، ایندیم آرسناید، نظریه تابعی چگالی، شبه پتانسیل، سطوح غیر قطبیده، انرژی همدوسی، پیوندهای آویزان، محصور شدگی کوانتومی.

تحت نظارت وف ایرانی