共有給合性半導体の熱膨張と高圧下での格子熱振動スペクトル : I.ダイヤモンド型構造結晶(Si,Ge)

Abstract

擬ポテンシャル法に基づく高次の摂動諭と局所的Heine-Abarenkovモデルポテンシャルを用いて,共有結合性結晶Si,GeのモードGruneisenパラメータ,平均のGruneisen定数及び高圧下での格子振動スペクトルが,理論的に求められる。格子熱振動への圧力効果は,非調和性が本質的な熱膨張と密接な関連をもつが,得られたGruneisen定数の温度依存性は,実験値の定性的傾向を反映しているものの,定量的一致は必ずしも良好とは言えない。従って,格子熱振動への圧力効果と熱膨張係数の温度依存性とを統一的に説明するための現象論的モデルが,提案される。このモデルでは,実験的に未知の若干のフォノンモードGruneisenパラメータを,低温での負の熱膨張及び高温での一定の熱膨張を再現する手続きで決定する。現象論的取扱いから推定される高圧下での格子振動スペクトルは,高次の摂動諭から求められたものと次の2つの点で,同様の定性的傾向と共通の特徴を示す。1つばゾーン境界付近での横音響フォノンの軟化現象であり,今1つは光学フォノン振動数の大きなずれである。従って,この現象論的取扱いは,格子熱振動への圧力効果を定量的に評価する際には,非常に有効である。