Basic Characteristics of Gallium Indium Arsenide Antimonide (GaxIn1 – xAsySb1 – y) Semiconductors Using MATLAB

Abstract

Напівпровідникові матеріали класифікуються за їх хімічним складом. Існують деякі основні напівпровідники, наприклад кремній (Si) і германій (Ge), які входять до складу елементів IV групи. Розрізняють складені напівпровідники, подвійні, трійні та четвертинні, а найпоширенішими є напівпровідники III-V груп. Одним з них є четвертинна напівпровідникова сполука GaxIn1 – xAsySb1 – y (антимонід арсенід галію та індію), що складається з елементів III групи, наприклад, галію (Ga) та індію (In), і елементів V групи, наприклад, арсеніду (As) і антимоніду (Sb). Напівпровідники, що складаються з елементів III-V груп, мають великий потенціал для технологічного застосування. Вони використовуються в передових оптоелектронних пристроях, мікроелектроніці та фотоелектричних елементах завдяки своїм властивостям (міцність, висока теплопровідність, пряма заборонена зона тощо). Протягом останніх десятиліть їх ретельно вивчали завдяки високій якості цих матеріалів та їхнім винятковим оптичним та електронним характеристикам. У роботі описано енергетичну щілину Eg як функцію x при T = 300 K, ефективні густини станів (Nc і Nv) у зоні провідності та валентній зоні, власну концентрацію носіїв ni як функцію температури T для напівпровідників GaxIn1 – xAsySb1 – y (склади, узгоджені з решіткою GaSb та InAs), і температурну залежність забороненої зони Eg для GaSb та InAs за допомогою MATLAB.

Semiconductor materials are categorized by their chemical composition. There are some basic semiconductors, for example silicon (Si) and germanium (Ge), which are part of group IV elements. There are compound semiconductors, binary, ternary and quaternary, and the most common are III-V semiconductors. One of them is a quaternary semiconductor compound GaxIn1 – xAsySb1 – y (Gallium Indium Arsenide Antimonide) composed of group III elements, for example, gallium (Ga) and indium (In), and group V elements, for example, arsenide (As) and antimonide (Sb). Semiconductors constituted of III-V compounds have great potential for technological applications. They are used in advanced optoelectronic devices, microelectronics and photovoltaic cells due to their properties (robust, high thermal conductivity, direct band gap, etc.). They have been extensively studied over the past decades due to the high quality of these materials and their exceptional optical and electronic characteristics. This work describes the energy gap Eg as a function of x at T = 300 K, effective density of states (Nc and Nv) in the conduction and valence bands, intrinsic carrier concentration ni as a function of temperature T for GaxIn1 – xAsySb1 – y semiconductors (compositions lattice-matched to GaSb and InAs), and temperature dependence of the energy band gap Eg for GaSb and InAs using MATLAB.