Calcul a b initio des Propriétés structurales, électroniques et optiques du composé InSb : Une étude comparative

Abstract

Cette étude présente une simulation numérique des caractéristiques physiques de l’antimoniure d’indium (InSb). Cette simulation a été effectuée en utilisant la méthode FP-LAPW, intégrée au logiciel de calcul WIEN2k. Les propriétés structurales, électroniques et optiques ont été calculées en utilisant les approches GGA et GGA-mBJ. Le calcul des propriétés structurales de InSb a révélé que la phase structurale zinc blende est plus stable par rapport aux phases rocksalt et wurtzite. Un bon accord a été obtenu entre nos résultats et les résultats expérimentaux. Le calcul de la structure de bandes d’énergie par l’approche GGA-mBJ a démontré que InSb possède un gap direct de 0.24 eV. La densité de charges électronique calculée par l’approche GGA dans le plan (111), a démontré que la liaison chimique In—Sb est de type covalent polaire. Le calcul de la densité d’états électroniques (DOS), par l’approche GGA-mBJ, a prouvé la présence de deux bandes de valence, supérieure et inférieure. La bande supérieure près de niveau de Fermi, est constituée de deux régions formées des états hybrides (5p-Sb—5p-In) et les états (5p-Sb—5s-In). La bande inférieure est constituée d’une hybridation entre les états (5p-Sb—5s-In). La bande de conduction est composée de deux régions formées des états hybrides (5p-Sb—5s-In) et des états (5p-Sb—5p-In). Les méthodes GGA et GGA-mBJ sont utilisées pour établir la fonction diélectrique ε(E). Les pics de transition optique observés sur le spectre 𝜀2 (𝐸) sont dus aux transitions interbandes directes. Les spectres calculés des indices de réfraction (𝑛) et d’extinction (𝑘) sont en bon ajustement avec ceux expérimentaux. Un bon accord a été établi entre nos valeurs numériques de 𝜀1 (0), 𝑛(0) et 𝑘(0) et celles expérimentales. Un seuil d’absorption optique d’énergie de 3.8 eV est obtenu à partir du spectre d’absorption optique calculé par l’approche GGA-mBJ. Le spectre de la réflectivité 𝑅(𝐸) calculé par GGA et GGA-mBJ montre que ce matériau est moins réfléchissant dans les régions de visible et de l’infrarouge (IR) et plus réfléchissant dans la région de l’ultraviolet (UV). Les spectres de la fonction de pertes d’énergie ELF(E) de InSb, calculés par GGA et GGA-mBJ, sont cohérents avec ceux expérimentaux de EELS enregistré pour une énergie primaire de 250 eV. Ces spectres révèlent une grande perte d’énergie dans la gamme énergétique [10 eV-13 eV]. L’origine des pics de perte d’énergie est due aux plasmons de surface et aux transitions interbandes de type direct. Le pic de seuil d’absorption à 3.6 eV(GGA) et à 3.8 eV (GGA-mBJ), enregistré sur le spectre d’absorption des rayons-X (XAS) est attribué aux états hybrides (5p-Sb—5s-In). Les deux autres pics d’énergie de 10 eV et de 12 eV sont liés aux états (4d-Sb—5s-In). D’après les propriétés étudiées, nous constatons que le composé InSb est très approprié dans les applications optoélectroniques utilisées pour absorber la lumière visible et infrarouge telles que les détecteurs infrarouges (détecteurs thermiques), diodes Laser infrarouges, diodes électroluminescentes, phototransistors,….etc.