Etude ab-initio des propriétés structurales, électroniques et magnétiques des semi- conducteurs (II-VI) et (III-V) dopés

Abstract

Les propriétés électroniques et magnétiques des matériaux II-VI (ZnS et CdS) et III-V (AlN et GaN) dopés respectivement par des éléments non magnétiques (Al, Si, P et Cl) et (Be et O) sont calculées en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) implémentée dans le code Wien2k. Nos calculs montrent que la demi-métallicité de ces matériaux réside dans la faible électronégativité du dopant comparé à celle de l’atome hôte substitué (S ou N). Les valeurs des moments magnétiques trouvées représentent la différence entre le numéro atomique du dopant et l’atome hôte substitué. Tous les Moments magnétiques sont orientés dans la même direction, indiquant un couplage ferromagnétique entre le dopant et les atomes hôtes voisins. Les calculs de structures de bandes électroniques montrent que les dopants induisent des bandes d’impuretés dans la bande interdite du matériau hôte, réduise ainsi la valeur de son gap. de plus, les calculs des énergies de formation des défauts montrent que le ZnS dopé Al, Si et P pourrait être réalisé expérimentalement dans les conditions riches en Zn. Par conséquent, Al, Si et P pourrait être des dopants non magnétiques prometteurs pour obtenir un semi –conducteur magnétique dilué (DMS) à base de ZnS ********************************************************************************************************************************* Electronic and magnetic properties of II-VI (ZnS and CdS) and III-V (AlN and GaN) materials doped respectively with nonmagnetic elements (Al, Si, P and Cl) and (Be and O) are calculated using density functional theory (DFT) implemented in Wien2k code. Our calculations show that the half metallicity of these materials lies in the low electronigativity of the dopant compared to that of the substituted host atom. All magnetic moments are oriented in the same direction, indicating a ferromagnetic coupling between the dopant and the neighboring host atoms. The electronic band structures calculations show that dopant induce impurity bands in the band gap of the host material, and thus reduce the value of its gap. Besides, the defect formation energies calculations show that Al-, Si- and P-doped ZnS could be realized experimentally under the Zn-rich condition. Consequently, Al, Si and P could be promising nonmagnetic dopants to get ZnS-based diluted magnetic semiconductor (DMS) ********************************************************************************************************************************* يتم حساب الخواص الالكترونية و المغناطيسية للمواد II-VI ( ZnSو CdS) وIII-V AlN) و GaN) المنشطة على التوالي بعناصر غير مغناطيسية (Al ، Si ، P و Cl) و (Be و O) باستخدام نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) المحسوبة بواسطة برنامجWien2k . تظهر الحسابات أن نصف معدنية هذه المواد تكمن في ضعف كهروسلبية المنشط مقارنة مع تلك الذرة المضيف المستبدل (S أو N). تمثل قيم العزوم المغناطيسية المتحصل عليها الفرق بين العدد الذري للمنشط و ذرة المضيف المستبدل. جميع العزوم موجهة في نفس الاتجاه، مما يدل على اقتران حديدي مغناطيسي بين ذرات المنشط و الذرات المجاورة المضيفة. تظهر حسابات هياكل الأشرطة الالكترونية أن المنشطات تخلق شوائب في الشريط المحظور للمادة المضيفة. مقلصة بذلك قيمة الفجوة. إضافة إلى ذلك، تظهر حسابات طاقات تكوين العيوب أنه يمكن إعداد تجريبيا ZnS منشط ب Si ,Alو P في ظل ظروف غنية بالزنك. و بالتالي فإنه يمكن ل Al ، Si و P أن تكون منشطات غير مغناطيسية واعدة للحصول على أشباه موصلات مغناطيسية مخففة (DMS) على أساس ZnS