Etude des propriétés structurales, électroniques et élastiques du silicium poreux, comparaison avec le silicium massif

Abstract

Dans ce travail, nous avons mené une étude théorique des propriétés structurelles, électroniques et élastiques du silicium poreux dans le cadre de la théorie fonctionnelle de la densité électronique (DFT) basée sur les approximations des pseudo-potentiels (PP) et des ondes planes (PW). L’effet d’échange et de corrélation a été traité en utilisant l’approximation du gradient généralisée de Perdew-Burke-Ernzerhof (GGA-PBE), à l’aide du programme CASTEP. Le modèle géométrique utilisé est celui de la supercellule afin de créer des porosités de 3.12, 15.62, 28.12 et 40.62%. Nous avons étudié l’effet de la porosité et la taille des pores sur les propriétés structurales électroniques et élastiques du silicium poreux en présence de l’hydrogène. Une comparaison aux propriétés du silicium massif a été menée pour comprendre l’évolution de ces derniers. L’optimisation géométrique réalisée à 0 GPa montre une dilatation des supercellules, décrite par une augmentation des paramètres de maille, en fonction de la porosité. La structure électronique a été étudiée à partir du calcul de la structure de bande. Nos calculs ont montré que les quatre porosités étudiées possèdent un gap direct, contrairement au silicium massif. Nous avons également calculé les constantes élastiques du silicium poreux et massif à 0 GPa. Les valeurs obtenues sont positives et vérifient la stabilité mécanique des structures poreuses. Nous constatons aussi que le module de Young E décroit en augmentant la porosité indiquant ainsi la diminution de la rigidité des systèmes de porosité élevée.