First-Principles Calculation Investigations of Bandgap Bowing Parameters, Electronic and Optical Properties of Cd1 – xZnxTe, Cd1 – xZnxSe and Cd1 – xZnxS Semiconductors Alloys

Abstract

У цьому дослідженні було проведено детальне вивчення ширини заборонених зон у напівпровідникових сплавах, зокрема Cd1 – xZnxTe, Cd1 – xZnxSe та Cd1 – xZnxS, всі з яких мають кристалічну структуру цинкової суміші. Для проведення нашого аналізу ми використовували метод лінеаризованої доповненої плоскої хвилі з повним потенціалом (FP-LAPW), застосовуючи як узагальнене градієнтне наближення (GGA), так і наближення локальної густини (LDA) для досягнення точних результатів. Для точного визначення ширини заборонених зон та параметрів вигинання спиралися на модифікований обмінний потенціал Бекке-Джонсона Тран-Блаха (TB-mBJ), відомий своєю ефективністю в розрахунках зонних структур. Результати показали помірно нелінійну залежність значень ширини забороненої зони від складу, з параметрами вигинання, оціненими приблизно як b ≈ 0,49 еВ для Cd1 – xZnxTe, b ≈ 0,68 еВ для Cd1 – xZnxS та b ≈ 0,63 еВ для Cd1 – xZnxSe. Ця спостережувана нелінійність була головним чином пов'язана з ефектами об'ємної деформації, згідно з підходом Цунгера, який пояснює, як структурні спотворення можуть впливати на електронні властивості. Окрім аналізу ширини забороненої зони, досліджені ключові оптичні властивості, включаючи коефіцієнт поглинання, показник заломлення, відбивну здатність, функцію втрат енергії та силу осцилятора. Ці оптичні характеристики пропонують глибше розуміння електронних структур матеріалів та їхньої реакції на світло. Спостерігали збільшення ефективного числа електронів під час фотозбудження зі зростанням концентрації Zn, що вказує на підвищену оптичну активність у цих сплавах. Це дослідження проливає світло як на електронні, так і на оптичні властивості, що робить ці сплави Cd1 – xZnxTe, Cd1 – xZnxS та Cd1 – xZnxS перспективними кандидатами для оптоелектронних застосувань, де точне налаштування ширини забороненої зони та оптичних відгуків є важливим для оптимальної роботи пристрою.