BBi 1-x M x (M=N, P, As, Sb) Üçlü Alaşımlarının Düşük Konsantrasyon Değişimleri Altında Yapısal, Elastik, Termodinamik, Elektronik ve Optiksel Özelliklerinin İncelenerek Teknolojik Uygulama Alanlarının Araştırılması

Abstract

ÖZET Alaşımlama, yasak bant enerjisi (Eg), denge durumu örgü sabiti (a0) gibi parametrelerin kontrol edilebilirliği nedeniyle bant yapı mühendisliğinde büyük öneme sahiptir. Alaşım, mükemmel periyodik yapıya sahip ikili bileşiklerin (AIIIB V veya AIIB VI) kendi grup elementleriyle (veya uygun bağ yapısına sahip elementlerle) yer değiştirmesiyle oluşturulur. Günümüzde, ikili bileşikler yardımıyla elde edilen üçlü (AIIIB V 1-xC V x) ve dörtlü alaşımlara (AIII xB III 1-xC V yC V 1-y) sıkça rastlamak mümkündür. Küçük Eg’ye sahip yarıiletkenlerle (BBiEg~1eV) büyük Eg’ye sahip yarıiletkenlerin (BNEg~6 eV) alaşımlanması, elektro-manyetik spektrumun mor ötesinden (UV) kızıl ötesine (IR) kadar geniş bir frekans aralığında çalışabilecek aygıt üretimi için elverişli sistemlerin elde edilmesine olanak sağlar. Bu kapsamda B-Bi içeren BBi1- xMx(M=N, P, As, Sb) üçlü alaşımlarının temel özelliklerinin araştırılmasının bilim dünyasına yenilikler katacağı düşünülmektedir. Proje konusu olarak BBi1-xMx(M=N, P, As, Sb) üçlü alaşımlarının yapısal, elastik, termodinamik, elektronik ve optik gibi fiziksel özellikleri deneysel çalışmalara öncülük etmesi için düşük konsantrasyonlar (x~%3) altında incelenecektir. Projede çalışılacak üçlü alaşımların tüm özelliklerinin ilk kez araştırılacak olmaları projenin özgünlüğüne büyük katkı sağlayacaktır. Böylece proje sonunda elde edilecek bulguların deneysel çalışmalara yol gösterici olacağı düşünülmektedir. BBi1-xMx üçlü alaşımlarının fiziksel özellikleri yoğunluk fonksiyonel teorisi ‘Density Functional Theory’ (DFT) kullanılarak araştırılacaktır. Teori kapsamında Khon-Sham eşitliklerini çözmek için tüm potansiyel (lineerleştirilmiş) genişletilmiş düzlem-dalga ve lokal orbitaller ‘Full Potential (Linearized) Augmented Plane Wave+Local Orbital’ [FP-(L)APW+lo] temel kümesini kullanan WIEN2k simülasyon programı paketi kullanılacaktır. DFT’de bilinen en büyük problem yarıiletkenlerin yasak bant aralıklarının deneysel çalışmalara kıyasen %60-80 hata oranına sahip olmasıdır. WIEN2k’da kullanılabilen modifiye edilmiş Berke-Johnson (mBJ)-potansiyeli kullanılmasının Eg’yi deneysel verilerle kıyaslanabilir düzeyde (%5-10 hata payı) iyileştirdiği görülmektedir. Bu nedenle projede hesaplamaların doğruluğunu arttırmak için WIEN2k programı seçilmiştir. Anahtar Kelimeler: Yoğunluk fonksiyonel teorisi, WIEN2k, BBi-V alaşımları, Elektronik özellikler, Optik özellikler, Termal özellikler

ABSTRACT Alloying has great significance in the band structure engineering due to the controllability of parameters such as forbidden band energy (Eg) and ground state lattice parameter (a0). Alloy is generated by replacing with their group element (or accordance with the bond structure element) of perfectly periodic structure of binary compounds (AIIIB V or AIIB VI). It is possible to come across nowadays often with ternary (AIIIB V 1-xC V x) and quaternary (AIII xB III 1- xC V yC V 1-y) alloys with the aid of binary compounds. Alloying of semiconductor with small (BBiEg~1eV) and large (BNEg~6 eV) Eg allows obtaining favorable system in a wide frequency range of the electromagnetic spectrum from ultraviolet (UV) to infrared (IR) for manufacturing devices. In this context, investigation of key features of ternary alloys BBi1-xMx(M=N, P, As, Sb) comprising B-Bi will add innovation to the world of science. As the project subject, the physical properties of ternary alloys, such as structural, elastic, thermodynamics, electronic and optics, BBi1-xMx(M=N, P, As, Sb) will be examined under a low concentration (~%3) to lead to experimental studies. All of the physical properties of ternary alloys are investigated for the first time by means of this project. The physical properties of ternary alloys BBi1-xMx will be investigated by means of WIEN2k software package, which is used the Full Potential (Linearized) Augmented Plane-Wave+Local Orbital [FP-(L)APW+lo] basic cluster for solving the Khon-Sham equations based on Density Functional Theory (DFT). The biggest problem is known in DFT that, it has 60-80% error rate in comparison with the experimental study of semiconductor forbidden band energy. Using modified Berke-Johnson (mBJ) potential, used in WIEN2k, results of semiconductor Eg appear to improve comparable (5-10% error rate) with the experimental data. In this respect, WIEN2k software package was selected to improve the accuracy of the calculations. Keywords: Density functional theory, WIEN2k, BBi-V alloys, Electronic properties, Optical properties, Thermal Properties