Etude des propriétés électroniques de diffusion des systèmes périodiques. Application aux semi-conducteurs à structure zinc-blende

Study of electronic scattering properties of periodic systems. Application to zinc-blende semiconductors

• Auteur / Autrice : David Ayma
• Direction : Michel Rérat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Physique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Pau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs

Résumé

L'objet de ce travail est l'elaboration et le test d'une methode analytique de calcul des polarisabilites et des fonctions associees (constante dielectrique, reflectance, electron energy-loss function) pour les systemes periodiques. Cette methode est appliquee aux semi-conducteurs a structure blende, diamant, silicium, nitrure de bore cubique (bnc), carbure de silicium cubique (3c sic) et dont l'interet industriel est d'actualite. La fonction d'onde periodique necessaire est obtenue dans l'approximation lcao-scf hartree-fock ou kohn-sham grace au programme crystal via une interface. Nous avons ainsi etudie les proprietes optiques pour ces quatre composes avec des resultats en bon accord avec l'experience. Nous avons aussi mis en evidence le role determinant de la largeur de la bande interdite (gap) ou de la largeur du spectre de la constante dielectrique sur les resultats. Pour etudier la nature de la liaison chimique, nous avons complete notre etude en calculant les profils compton ou les facteurs de structure statiques et dynamiques. Nous avons pu ainsi montrer le caractere semi-covalent de bnc et de 3c sic, avec une ionicite plus importante pour ce dernier. L'utilisation d'un modele qui tient compte de l'effet de temperature sur la position des atomes, a permis de mettre en evidence au travers de la difference des cartes de densite electroniques dynamiques et statiques, la diminution du transfert de charges du silicium vers le carbone due a l'influence thermique et son faible impact sur la liaison si-c. Enfin, notre methode a permis de simuler les spectres obtenus en spectroscopie de pertes d'energie d'electrons (eels) permettant de determiner les energies de plasmons de volume ou les seuils k caracteristiques des elements chimiques composant le materiau. Nous avons ainsi reproduit l'ecart experimentale entre le premier et le deuxieme pics des seuils k et qui semble caracteristique de l'allure de la bande de conduction des structures blende.