نانوسیم GaP یک ماده بالقوه برای دستگاه های جدید است که کاربردهای اپتیکال و الکترونیکی می توانند باهم ادغام شوند، از تعدادی از محدودیتها رنج می برد زیرا شکاف باند غیرمستقیم را نشان می دهد. با استفاده از محاسبات اولین اصول ما نشان می دهیم که به خاطر اثرات محدود کردن، شکاف باند نه تنها زمانیکه به شکل یک نانوسیم است بزرگ می شود ، بلکه می تواند تنها با کاهش چند نانومتری قطر نانوسیم به یک نانوسیم نیم رسانای شکاف باند مستقیم تبدیل شود. این تبدیل به یک شکاف باند مستقیم برای نانوسیم های GaP با جهت [111] روی دهد ولی نه برای نانوسیم های GaP با جهت [110]. اثرات وضعیتهای سطح که می تواند شکاف باند را تغییر دهد با اشباع هیدروژن و لایه سرپوش اکسید بر روی سطح نانومتر GaP مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند در حالیکه هیدروژن یک غیرفعال کننده کامل است، پیوندناجور Ga2O3GaP/ پیوند باند رسانش کوچکی را نشان می دهد ولی نانوسیم های GaP با جهت [111] باند شکاف مستقیم را نگه می دارد.
1. مقدمه
نانوسیم های نیمه رسانای III-V به خاطر کاربرد باقوه شان در وسایل فتوالکترونیک و مدارهای فوتونی به شدت مورد مطالعه قرار گرفته اند. فسفیدگالیلوم تعداد زیادی از اشکال مقیاس نانوی مختلف را نشان می دهد، و در بین کاربردهای مختلفجالب می توان کاربرد آن برای دستگاههای ریز اپتیکال را نام برد. همچنانکه نانوسیم های فسفید گالیلوم جدیدا گزارش شده با قطرهای نانومتر می توانند با فنون خیلی ساده بدست آیند، که آنها را به واحدهای ساختمانی مفیدی برای ساختن دستگاه های نانو بدل می کند. با اینحال، فسفیدگالیلوم یک شکاف باند ev 2.26 غیرمستقیم را نشان می دهد، که آن را برای کاربردهای اپتیکال سودمند نمی کند. تولید نور تنها می تواند بوسیله اکسایتون هایی با دوپانت های ایزوالکترونیک تحت فشار تک محوری، فشار هیدرواستاتیک یا کمپرس شوک روی دهد. هیچ شواهدی در دست نیست که ترکیبات III-V دارای ساختار نانوحداقل باند رسانش را در مقایسه با انواع حجیم آن تغییر می دهند، ولی بزرگ شدن شکاف باند، به خاطر اثرات محدودکردن مشاهده می شود. معهذا پیش بینی شده است که عیوب گسترده مانند سوپرشبکه های در حال جفت شدن، نیم رساناهای در ترکیب با روی شکاف باند غیرمستقیم را به گونه های مستقیم تبدیل می کنند. همین اواخر نشان داده شده است که سوپرشبکه های در حا جفت شدن می توانند در نانوسیم های InP با کنترل شکل نانوسیم تحت کنترل قرار بگیرند. اگر بتواند به یک نیم رسانای شکاف باند غیرمستقیم گسترش یابد آنرا به ماده شکاف باند مستقیم تبدیل می کند. با اینحال یک تبدیل از شکاف باند غیرمستقیم حجیم به فرم مستقیم نانو، تنها به خاطر تأثیرات نانو، تا حال در ساختارهای نانوی III-V مشاهده نشده است.
مسأله مهم در به دست آوردن ویژگیهای الکتونیک در نیم رساناها در مقیاس نانو اینست که معمولا از نظر تجربی تعیین ساختار سطح ماده نانو دشوار است. به منظور جلوگیری از تأثیرات سطح نشان داده شده است که یک لایه اکسید سرپوش، معمولا پوشش Ga2O3 ،اجازه پدید آمدن یک نانوسیم GaP داخلی با ساختار بسیار کریستالی را می دهد. در واقع ساختارهای نانوی GAP یا Ga2O3 می توانند به یکدیگر تبدیل شوند. نانوسیم های GaP می توانند ازGa2O3ساخته شوند، و نیز کریستال های نانوی Ga2O3 می توانند از نانوکریستالهای GaP بدست آیند. لایه های بیرونی Ga2O3 می توانند به عنوان لایه سرپوش محافظ برای نانوسسیم های GaP عمل کنند، که اجازه استفاده از ساختار Ga2O3GaP/ برای دستگاه های نانو در دماهای بالا را فراهم می آورد. آنچه تاکنون خیلی واضح نیست آرایش اتمی بین سطح مشترک دو ساختار می باشد، پیامد ساختار الکترونی به خاطر اکسید بر روی سطح نانوسیم GaP چیست، و تأثیرات محدود کردن چطور ویژگیهای الکترونی نانوسیم های باریک را تغییر می دهد. شبیه سازی های نظری معمولا از هیدروژن ها به عنوان مکانیزم غیرفعالسازی برای جلوگیری از پیوندهای اضافی سطح استفاده می کنند، درحالیکه از لحاظ تجربی غیرفعالسازی هیدروژن عملی نیست، ولی رفتار سطح با اسیدها به طور قابل توجهی شدت فوتولومینسینس را افزایش می دهد.
این مقاله در نشریه AIP-Scitation منتشر شده و ترجمه آن با عنوان نانوسیم های GaP در سایت ای ترجمه به صورت رایگان قابل دانلود می باشد. جهت دانلود رایگان مقاله فارسی و انگلیسی روی عنوان فارسی (آبی رنگ) کلیک نمایید.
منبع:
Direct band gap GaP nanowires predicted through first principles
