Деформационная электронная плотность и параметры тепловых колебаний атомов в нормальных фосфидах цинка и кадмия по прецизионным рентгендифракционным данным

• Автор: Афанасьев, Михаил Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 142 с. : ил.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА

1.1. Основные сведения об исследовании структуры и химической связи в нормальных фосфидах цинка и кадмия

1.2. Определение структуры рентгендифракционными

методами

1.3. Карты ДЭП как средство анализа межатомного

взаимодействия

1.4. Основные сведения о мультипольной модели псевдоатома

^ 1.5. Выводы

ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ гпзР2 и Сб3Р2 ПО НОВЫМ ПРЕЦИЗИОННЫМ РЕНТГЕНДИФРАКЦИОННЫМ ДАННЫМ

2.1. Определение структуры соединения 2п3Р2

2.2. Определение структуры соединения С(13Р2

2.3 Выводы
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ТИПА ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ В ИССЛЕДУЕМЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
3.1. Построение и анализ карт ДЭП для соединения Хп3Р2
3.2. Построение и анализ карт ДЭП для соединения Сс13Р2
3.3 Выводы
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ МУЛЬТИПОЛЬНОЙ МОДЕЛИ ПСЕВДОАТОМА К ИССЛЕДОВАНИЮ СТРУКТУРЫ СОЕДИНЕНИЯ гп3р2
4.1. Уточнение структуры и построение карт ДЭП для соединения
2п3Р2 с учетом мультипольного формализма
4.2 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
» ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
Актуальность район»!
Перспективность полупроводникового вещества (или группы веществ) в значительной мере определяется возможностью использования его в электронной технике. Однако для выяснения таких возможностей, а тем более для создания на его основе нового полупроводникового прибора или устройства, необходимы длительные исследования, конечной целью которых является создание материала со свойствами, определенными конкретными техническими условиями работы прибора.
Как известно, одной из важнейших конечных задач современной электроники является изготовление устройств непосредственно из атомов и молекул и имеющих заданные свойства [1]. Для решения этой задачи необходимо установить связь между свойствами вещества и его структурой. Структура же непосредственно связана с межатомным взаимодействием, то есть с типом химической связи, в соответствии с которым построено соединение.
Соединения Л3ПВ2У, в частности нормальные фосфиды цинка и кадмия, обладают очень интересными физическими свойствами. Так, они имеют различный тип проводимости: у 2п3Р2 всегда р-тип проводимости, а у Сс13Р2 всегда п-тип проводимости независимо от способа получения и легирования. Причем примеси п-типа в Сс13Р2 увеличивают концентрацию электронов, примеси р-типа уменьшают ее до некоторого предела, однако конверсии проводимости достичь не удается.
К тому же, данные соединения находят широкое применение в современном приборостроении. Известно [2], что на основе Сб3Р2, легированного теллуром, изготавливают полупроводниковый квантовый генератор с длиной волны излучения 2,12 мкм и мощностью излучения 5 Вт, работающий в интервале температур 4,2 - 1500 К. При легировании Сс13Р2
медыо получают основу для изготовления детектора ИК диапазона с длиной волны 2,12 мкм и рабочей температурой 770 К.
Структура соединения Zn3P2 была определена довольно давно и в дальнейшем не уточнялась. Соединение Сс13Р2 считалось изоморфным 2п3Р2. Возможности современного эксперимента, а именно появление прецизионного рентгенднфракционного анализа [3, 4], позволяют с высокой точностью определить такие параметры структуры, как позиционные параметры и константы тепловых колебаний, а, следовательно, величины длин связей и валентных углов, а также изучить тип химической связи, характерной для этих соединений, путем построения карт деформационной электронной плотности (ДЭП). При этом возможно учесть поправки, обусловленные отличием кристалла от идеального, а также поглощение первичного луча, экстинкцию и асимметрию атома.
Целью данной работы явилось установление природы межатомного взаимодействия в нормальных фосфидах цинка и кадмия на основе прецизионных данных рентгеноструктурного анализа. Для ее достижения ставились следующие задачи:
- определение структуры полупроводниковых соединений 2и3Р2, Сс13Р2 на основе данных нового прецизионного рентгенднфракционного эксперимента;
построение классических карт деформационной электронной плотности (ДЭП) для 2и3Р2, Сс13Р2 и их анализ с целыо определения типа химической связи, характерной для этих соединений;
-г уточнение атомной структуры соединения 2пз?2 с использованием мультипольной модели псевдоатома и построение мультипольных карт ДЭП для данного соединения.

I I
т = / (<7) + Р / (7/Х,)+ I Ф.(д/а ) I Г. у, ((]/Ы) (1.16)
енутр вал аса 1 , . / 2 , /иг /ггг 11 4 ’
1 = 0 т = ~1
Здесь / и / — Фурье-образы /э и сферически
внутр вал виутр
симметричной части валентной электронной плотности (монополя), Ф^
преобразование Фурье—Бесселя радиальных частей высших мультиполей, у^ — действительные сферические гармоники. Электронные заселенности
мультиполей Рвад 11 , а также параметры и N варьируются в МНК.
Следует отметить, что сферические гармоники образуют базис неприводимого представления полной группы вращений, в силу этого псевдоатомы инвариантны по отношению к вращениям и их электронная плотность не зависит от выбора локальной системы координат на атомных центрах. Поэтому псевдоатомы могут быть легко адаптированы к локальной симметрии окружения. При переходе от одной системы координат к другой каждый коэффициент разложения необходимо лишь заменить линейной комбинацией коэффициентов, отвечающих тому же значению /. Далее, увеличивая длину разложения в (1.14) — (1.16), можно хорошо описать р в каждой точке ячейки; в квантовой химии это достигается применением расширенного базиса. И, наконец, аналитическое представление функции электронной плотности значительно упрощает задачу расчета зависящих от нее свойств кристаллов [73].
Что касается ангармоничности движения атомов в кристаллической решетке, то его учет осуществляется введением дополнительных членов в функцию распределения для положений ядер [87]. Это может быть сделано несколькими путями [88, 89], но наибольшее распространение получил статистический метод Джонсона [90], применившего кумулянтное разложение теплового множителя, который в этом случае принимает вид:
IV = ехр[—I А.Л . - / М, + У1>,И/1./1
и ч т чк ,,к!