En Boylestad y Nashelsky's Dispositivos electrónicos y teoría de circuitos La estructura del GaAs es la siguiente:
El arsénico forma cinco enlaces covalentes con los átomos de galio vecinos.
Sin embargo, hace poco también vi una representación alternativa en Razeghi's Fundamentos de ingeniería del estado sólido :
Aquí se muestra al arsénico formando cuatro enlaces covalentes con el galio vecino.
¿Qué fuente es correcta? Por favor, facilite referencias apropiadas o pruebas experimentales.
Está bastante bien establecido que el arseniuro de galio estequiométrico (CAS 1303-00-0) forma una estructura análoga a la zincblenda. Consiste en dos sistemas de red cúbica centrada en la cara apilados ( Base de datos del Instituto Físico Técnico Ioffe ). Véase también la respuesta del tío Al. En otras palabras, el arsénico forma la red y el galio ocupa la mitad de las posiciones tetraédricas (y viceversa). Por lo tanto, cada galio tiene cuatro vecinos más próximos de arsénico.
Esto no significa necesariamente que se trate de bonos. En este caso, sin embargo, los enlaces se describen mejor como covalentes (con un cierto carácter iónico). La dirección Enciclopedia Británica en línea (Edición académica) (Es posible que necesites el acceso facilitado a través de un centro educativo) estados:
Además de los semiconductores elementales, como el silicio y el germanio, algunos cristales binarios presentan enlaces covalentes. El galio tiene tres electrones en la capa externa, mientras que el arsénico carece de ellos. El arseniuro de galio (GaAs) podría formarse como aislante transfiriendo tres electrones del galio al arsénico; sin embargo, esto no ocurre. En su lugar, el enlace es más covalente, y el arseniuro de galio es un semiconductor covalente. Las capas externas de los átomos de galio contribuyen con tres electrones y las de los átomos de arsénico con cinco, proporcionando los ocho electrones necesarios para cuatro enlaces covalentes. Los centros de los enlaces no se encuentran en el punto medio entre los iones, sino que están ligeramente desplazados hacia el arsénico.
Este tipo de enlace es típico de los semiconductores III-V, es decir, los formados por un elemento de la tercera columna de la tabla periódica y otro de la quinta columna. Los elementos de la tercera columna (boro, aluminio, galio e indio) aportan tres electrones, mientras que los elementos de la quinta columna (nitrógeno, fósforo, arsénico y antimonio) aportan cinco electrones. Todos los semiconductores III-V tienen enlaces covalentes y suelen tener la estructura de zincblenda con cuatro vecinos por átomo. Los semiconductores más comunes presentan esta disposición.
Éste sigue siendo un campo floreciente para los investigadores en el campo de los semiconductores de diseño de materiales, láseres semiconductores física computacional/ desarrollo del campo de fuerza y mucho más.
Está claro que el libro "Electronic Devices and Circuit Theory" lo entiende muy mal. Le eché un vistazo y me di cuenta de que también argumentan con el modelo de Bohr, que puede que no sea un buen punto de partida en absoluto. Sin embargo, está claro que el libro no se centra en la química del estado sólido, por lo que puede que se ajuste al propósito.
Las representaciones bidimensionales que ha dado son inadecuadas y no deben tomarse demasiado en serio; las estructuras cristalinas son casi siempre tridimensionales. El arseniuro de galio tiene la estructura cúbica de la zincblenda, que se muestra a continuación. Aquí, los átomos azules pueden ser Ga y los naranjas As (también puede ser al revés, ya que estos átomos están relacionados por simetría).
(Como nota al margen, esta estructura es similar a la del diamante: en el diamante, ambos tipos de átomos son de carbono).
Tanto el galio como el arsénico tienen número de coordinación 4; la geometría de coordinación es tetraédrica en ambos.
De hecho, la simetría quíntuple es muy rara en los cristales (véase cuasicristales para más información).
La referencia algo estándar (~1800 citas en Google Scholar) para la estructura del GaAs a granel es un artículo de 1982 de J. S. Blakemore: J. Appl. Phys. 53, R123 (1982) . Los datos experimentales/numéricos que contiene (vía Difracción de rayos X ) que establece la estructura cristalina del GaAs a granel se remonta, sin embargo, a la década de 1960. Una de las visualizaciones más útiles de la estructura del zincbleno (que comparte el GaAs a granel) puede encontrarse en YouTube .
Sin embargo, hay que tener en cuenta que los nanocables de GaAs pueden tener estructura wurtzita también; aquí hay otro Animación en YouTube . Los nanocables no eran prácticos en los años 80, por lo que se trata de investigaciones más recientes; véase, por ejemplo, la tesis de máster de S. Conesa Boj en la Universidad de Barcelona, "Evaluación HRTEM de las fases Wurtzita y Zinc-Blenda en nanocables de GaAs para dispositivos optoelectrónicos" . (HRTEM se explica suficientemente bien en Wikipedia en caso de que se pregunte cómo funciona). En cualquier caso, los números de coordinación siguen siendo 4 tanto para el Ga como para el As en esta estructura.
En ambos casos (estructuras cristalinas) la relación de los átomos de Ga:As en la celda unidad es la misma 1:1. De hecho he revisado la 11ª edición (2012) de Boylestad & Nashelsky y tienen la misma explicación de siempre. Mi conjetura es que no quieren explicar los enlaces polares a los estudiantes de primer año de EE no graduados, por lo que se dedican a "mentir a los niños" manteniendo el modelo simplificado de enlace covalente.
El libro de Razeghi (que da la proporción y la explicación correctas para el GaAs a granel) sí los denomina "enlaces covalentes polares"/"enlaces mixtos" (pp. 65-66), pero por su prefacio este libro parece dirigido a estudiantes universitarios de nivel superior. Razeghi menciona antes en su libro (p. 30) que el GaAs tiene la estructura de zincblenda, y entra en algunos detalles al respecto. La estructura 2D aplanada de la p. 66 es un poco extraña a la vista de ese nivel previo de detalle; supongo que quería enfatizar la polaridad de enlace (en la p. 66) y pensó que 2D era una forma más sencilla de mostrarlo.
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