Structural, elastic, electronic and thermal properties of InAs: A study of functional density

Propiedades estructurales, elásticas, electrónicas y térmicas del InAs: Un estudio de densidad funcional

_​En esta investigación se realizaron cálculos de primeros principios en el marco de la teoría del funcional de la densidad (DFT), utilizando las aproximaciones LDA y GGA, con el fin de estudiar las propiedades estructurales, elásticas, electrónicas y térmicas del InAs en la estructura zinc blenda. Los resultados de las propiedades estructurales (a, B₀,B₀) muestran un buen acuerdo con los resultados teóricos y experimentales reportados por otros autores. Con respecto a las propiedades elásticas, las constates elásticas (C₁₁, C₁₂ y C₄₄), el coeficiente de anisotropía (A) y las velocidades del sonido (V_I, V_s1  y V_s2) predichas están acordes con los resultados reportados por otros autores. En contraste, el módulo de Shear (G), el módulo de Young (Y) y la razón de Poisson (v) presentan cierta discrepancia con respecto a los valores experimentales; sin embargo, los valores obtenidos son razonables. Por otro lado, se evidencia la tendencia de las aproximaciones LDA y GGA a subestimar el valor de la brecha de energía prohibida en los semiconductores. Las propiedades térmicas (V, B₀, θ_D yC_V) del InAs, calculadas usando el modelo cuasi-armónico de Debye, son ligeramente sensibles a medida que aumenta la temperatura. De acuerdo con los criterios de estabilidad y el valor negativo de la entalpia de formación, el InAs es mecánicamente y termodinámicamente estable. Por lo tanto, este trabajo puede ser utilizado como referencia para estudios teóricos y experimentales basados en InAs.

I. INTRODUCCIÓN

El arseniuro de indio (InAs) es un compuesto semiconductor del grupo III-V con una alta movilidad de electrones y un estrecho band-gap directo. En condiciones normales, cristaliza en una estructura cúbica de zinc-blenda ¹, con un parámetro de red α = 6,058 Å ^{(2, 3)}. Este compuesto ha sido ampliamente estudiado porque proporciona una buena base para muchas aplicaciones comerciales y nuevas tecnologías, establecidas en dispositivos electrónicos y optoelectrónicos, como diodos emisores de luz, fotodetectores y láseres ^{(4, 5)}. Las características de funcionamiento de estos dispositivos electrónicos y optoelectrónicos dependen no sólo de la ingeniería de materiales a nivel práctico, sino también de una clara comprensión de las propiedades del material y de la ciencia fundamental que las sustenta. Por lo tanto, las investigaciones teóricas y experimentales de las propiedades mecánicas del cristal, como las constantes elásticas (C₁₁, C₁₂ y C44), y las propiedades elásticas derivadas de ellas -coeficiente de anisotropía (A), módulo volumétrico ( B0 ), módulo de corte (G), módulo de Young (Y) y relación de Poisson (v)- son muy importantes porque se relacionan con varios fenómenos fundamentales del estado sólido, como los potenciales interatómicos y las ecuaciones de estado ^6-11. Estas propiedades elásticas también están relacionadas térmicamente con la temperatura de Debye y el calor específico del InAs.