Synderen for nogle GaN -defekter kan være nitrogen

Da siliciumbaserede halvledere når deres ydelsesgrænser, galliumnitrid (GaN) bliver det næste go-to-materiale til at fremme lysemitterende diode (LED) teknologier, højfrekvente transistorer og fotovoltaiske enheder. Holder GaN tilbage, imidlertid, er dens høje antal fejl.

Denne materialeforringelse skyldes dislokationer - når atomer bliver forskudt i krystalgitterstrukturen. Når flere dislokationer samtidigt bevæger sig fra forskydningskraft, bindinger langs gitterplanene strækker sig og til sidst brydes. Da atomerne omarrangerer sig selv for at reformere deres obligationer, nogle fly forbliver intakte, mens andre bliver permanent deformerede, med kun halvt fly på plads. Hvis forskydningskraften er stor nok, forskydningen ender langs kanten af ​​materialet.

Lagring af GaN på substrater af forskellige materialer gør problemet så meget værre, fordi gitterstrukturerne typisk ikke flugter. Det er derfor, at udvidelse af vores forståelse af, hvordan GaN -defekter dannes på atomært niveau, kan forbedre ydeevnen for de enheder, der er fremstillet ved hjælp af dette materiale.

Et team af forskere har taget et betydeligt skridt mod dette mål ved at undersøge og bestemme seks kernekonfigurationer af GaN -gitteret. De præsenterede deres fund i Journal of Applied Physics .

”Målet er at identificere, behandle og karakterisere disse forskydninger for fuldt ud at forstå virkningen af ​​defekter i GaN, så vi kan finde specifikke måder at optimere dette materiale på, "sagde Joseph Kioseoglou, en forsker ved Aristoteles -universitetet i Thessaloniki og en forfatter til papiret.

Der er også problemer, der er iboende for GaN's egenskaber, der resulterer i uønskede effekter som farveforskydninger i emissionen af ​​GaN-baserede lysdioder. Ifølge Kioseoglou, dette kan muligvis løses ved at udnytte forskellige vækstorienteringer.

Forskerne brugte beregningsanalyse via molekylær dynamik og tæthedsfunktionelle teorisimuleringer til at bestemme de strukturelle og elektroniske egenskaber ved a-type basal kantforskydninger langs <1-100> retning i GaN. Dislokationer langs denne retning er almindelige i semipolære vækstorienteringer.

Undersøgelsen var baseret på tre modeller med forskellige kernekonfigurationer. Det første bestod af tre nitrogen (N) atomer og et gallium (Ga) atom for Ga -polariteten; den anden havde fire N -atomer og to Ga -atomer; den tredje indeholdt to N-atomer og to Ga-kerneassocierede atomer. Molekylære dynamiske beregninger blev udført ved hjælp af ca. 15, 000 atomer for hver konfiguration.

Forskerne fandt ud af, at N -polaritetskonfigurationerne udviste betydeligt flere tilstande i båndgabet i forhold til Ga -polaritet, med de N -polære konfigurationer, der præsenterer mindre båndgapværdier.

"Der er en forbindelse mellem de mindre båndgapværdier og det store antal stater i dem, "sagde Kioseoglou." Disse fund demonstrerer potentielt nitrogens rolle som en stor bidragyder til dislokationsrelaterede effekter i GaN-baserede enheder. "