25416

تحليل رفتار تغييرات گاف انرژي ابرشبكه‌ي كوانتومي نيمه‌هادي مبتني بر AlGaAs به روش تنگ‌بست با درنظر گرفتن مهاجرت اتم‌ها با استفاده از مدل جنبشي

كارشناسي ارشد

مهندسي برق گرايش افزاره هاي ميكرو و نانوالكترونيك

1398

1400/7/17

دكتر وحيدرضا يزدان پناه

مهندسي برق

در اين پروژه، با استفاده از روش تنگ‌بست و با تقريب sp3s* و با در نظر گرفتن اولين همسايگان نزديك و اثر برهمكنش اسپين اوربيت، به مدل‌سازي ابرشبكه (AlxGa1-xAs)m/(GaAs)n و محاسبه انرژي شكاف باند و طول‌موج اين ابرشبكه پرداخته خواهد شد و رفتار تغييرات گاف انرژي و طول موج در ابرشبكه (AlxGa1-xAs)m/(GaAs)n نسبت به ضرايب مولي مختلف Al و ضخامت هاي مختلف مواد سازنده ابرشبكه با و بدون مهاجرت اتم ها، براي افزايش دقت محاسبات با كمك مدل جنبشي، تحليل خواهد شد. با مدل‌سازي فوق به اين نتيجه مي‌رسيم كه با افزايش مقدار ضريب مولي Al انرژي شكاف باند ابرشبكه (AlxGa1-xAs)m/(GaAs)n افزايش خواهد يافت و در محدوده 1.42-1.63 الكترون ولت تغيير مي‌كند و در ضرايب مولي Al بزرگتر از 0.45 يك برآمدگي در نمودار تغييرات انرژي شكاف باند نسبت به ضخامت هاي مختلف مواد سازنده ابرشبكه فوق به وجود مي‌آيد كه به صورت فيزيكي به عمق سد پتانسيل و عرض سد وابسته است و از ديد مهندسي بيانگر ناحيه‌اي است كه شكاف باند از غير مستقيم به مستقيم شيفت پيدا مي‌كند. مهاجرت باعث مي‌شود كه محل رخداد اين برآمدگي 2 تك‌لايه به عقب شيفت پيدا كند و به عبارتي ابرشبكه فوق در ضخامت كمتري از چاه داراي شكاف غير مستقيم خواهد بود. همچنين مهاجرت باعث كاهش انرژي شكاف باند و افزاش طول موج شده و به اصطلاح باعث Redshift مي‌شود. اين مدل‌سازي ما را قادر مي‌سازد تا براي دستيابي به هدف مورد نظر در طول موجي خاص، مقدار ضريب مولي Al موجود در تركيب AlxGa1-xAs و تعداد لايه هاي هر ماده سازنده را پس از درنظر گرفتن مهاجرت و با در نظر گرفتن معياري چون سادگي روش ساخت، با خطاي كمتر تشخيص داده و با سهولت بيشتري به هدف برسيم.

1400/08/01

Analysis of the behavior of energy gap changes of AlGaAs- based semiconductor superlattice by Empirical Tight-Binding method considering the segregation of atoms using the kinetic model

10/9/2022 12:00:00 AM

In this project, the energy gap and the wavelength of the (AlxGa1-xAs)m/(GaAs)n superlattice will be calculated using the Empirical Tight-Binding Method with the approximation of sp3s* and considering the first nearest neighbours and spin-orbit interactions, and the behavior of energy gap and wavelength changes of (AlxGa1-xAs)m/(GaAs)n superlattice with respect to different Al compositions and different thicknesses of superlattice components, with and without atomic segregation, to increase computational accuracy, with the kinetic model will be analyzed. With the above modeling, we conclude that by increasing the value of Al composition, the bandgap energy of (AlxGa1-xAs)m/(GaAs)n superlattice will increase and change in the range of 1.42-1.63eV, and in Al composition more than 0.45, a bump appears in the bandgap energy changes diagram, which is physically dependent on the height of the potential barrier and the width of the barrier of this superlattice, and from an engineering point of view, represents the area where the bandgap shifts from indirect bandgap to direct bandgap. Considering segregation causes the location of this bump to shift backwards by 2 monolayers, in other words, by considering segregation the (AlxGa1-xAs)m/(GaAs)n superlattice will have an indirect gap in the fewer thickness of the well. Segregation also reduces bandgap energy and increases wavelength, so segregation causes redshift. With the above modeling, the (AlxGa1-xAs)m/(GaAs)n superlattice can be used in different Al compositions and by changing the thickness of the components in optoelectronic devices with different applications such as light emitting diodes. In fact, this modeling enables us to detect the value of the Al composition and the thickness of each component with less error and to reach the desired target at a specific wavelength more easily.

ابرشبكه , تنگ‌بست , مهاجرت , مدل جنبشي , تحليل تغييرات شكاف انرژي و طول‌موج

Superlattice , Empirical Tight-Binding Method , Segregation , Kinetic Model , Analysis of energy gap and wavelength variation