Etude vibrationnelle des alliages semi-conducteurs II-VI et III-V : simulations empirique et ab initio

Vibrational study of II-VI and III-V semiconductor alloys : empirical and ab initio simulations|

• Auteur / Autrice : Ayoub Nassour
• Direction : Joseph Hugel, Andreï Postnikov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance le 28/10/2008
• Etablissement(s) : Metz
• Ecole(s) doctorale(s) : SESAMES - Ecole Doctorale Lorraine de Chimie et Physique Moléculaires
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMD - Laboratoire de Physique des Milieux Denses - EA 3469
• Jury : Président / Présidente : Frank Glas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Ghosez, Javier Junquera, Olivier Pages, Nathalie Vast, Ali Zaoui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes de densité, Théorie des

Percolation (physique statistique)

Semiconducteurs

Mots clés libres

Modes de vibration

Dft

Constantes de force

Phonons

Résumé

Nos travaux sont consacrés à la promotion du modèle de percolation phénoménologique en employant des méthodes indépendantes et libres de tout paramètre. Nous avons utilisé à cet effet des codes ab initio existants (PWscf et SIESTA) et développé une méthode semi-empirique pour étudier les propriétés vibrationnelles des alliages AxB1 xC. Les paramètres techniques du code PWscf ont été testés sur les composés binaires ZnSe, ZnTe et BeSe pour lesquels nous avons confronté nos résultats aux données expérimentales et théoriques disponibles. La validation du modèle de percolation a et e effectué sur l alliage Zn(Se,Te) appartenant à la catégorie des semi-conducteurs 1-liaison ! 2-modes. Nous avons confirmé le caractère général du comportement bimodal prévu par le modèle de percolation en montrant son existence pour chacune des liaisons Zn Se et Zn Te. Les propriétés vibrationnelles et structurales de Zn(Se,Te) ont et e calculées à différentes concentrations avec des cellules optimisées à 64 atomes. Les résultats obtenus sont en bon accord avec l expérience. Nous présentons en détail notre méthode semi-empirique de calcul de spectre de phonons, applicable en principe à tous les alliages sans restriction sur la taille des super-cellules. La mise au point a été réalisé sur les alliages (Zn,Be)Se et (In,Ga)As avec des cellules à64 atomes relaxées d une façon ab initio. L application de notre méthode à(In,Ga)As à 50% simulé par une super-cellule à 8.103 atomes relaxée avec un potentiel harmonique met en évidence que l étude des phonons demande des super-cellules qui reflètent fidèlement le désordre d un alliage

Our work is devoted to promoting the percolation model using phenomenological methods which are independent and free from any need of external parameters. We used for this purpose existing ab initio codes (PWscf and SIESTA) and developed a semiempirical method to study the vibrational properties of AxB1 xC alloys. The technical parameters of the PWscf code were tested on ZnSe, BeSe ZnTe binary compounds, for which we have confronted our results with theoretical and experimental data available. The percolation model validation was done on the alloy Zn(Se, Te) belonging to the category of 1-bond ! 2-modes semi-conductors. We have confirmed the general bimodal behavior provided by the percolation model showing its existence for each bond Zn Se and Zn Te. The vibrational and structural properties of Zn(Se, Te) were calculated for different concentration using optimized cells of 64 atoms. The results are in good agreement with experiments. We present in detail our semi empirical method of calculating the spectrum of phonons, in principle applicable to all alloys without restriction on the size of super-cells. The development was carried out on (Zn, Be)Se and (In, Ga)As alloys with cells of up to 64 atoms relaxed from first principles. The application of our method to (In, Ga)As at 50% simulated by a super-cell of 8.103 atoms with a harmonic relaxation potential underlines the fact that the study of phonons in alloys requires the use of supercells which adequately describe the alloy disorder