Halvledere med en justeret grænseflade

De elektroniske egenskaber ved en grænseflade mellem to halvledere med bred båndgab bestemmes af forskere ved KAUST:en indsigt, der vil hjælpe med at forbedre effektiviteten af ​​lysemitterende og højeffekt elektroniske enheder.

Halvledere, såsom silicium og galliumnitrid, har elektriske egenskaber et sted mellem dem for en leder og en isolator. De tillader kun strøm at flyde, når elektroner har nok energi til at overvinde en barriere kendt som bandgap. Båndgabet - som kan være direkte eller indirekte, smal eller stor – bestemmer egenskaberne for halvledere og deres deraf følgende anvendelser.

Materialer med et stort båndgab, for eksempel, er nyttige i højeffektelektronik, fordi de har større gennembrudsspænding til energieffektive transistorer sammenlignet med materialer med smalle båndgab, såsom silicium. De kan også producere lys dybt ind i den ultraviolette del af spektret, gør dem nyttige til desinfektion og vandrensning.

Disse materialer kan yderligere skræddersyes til en specifik anvendelse ved at lægge forskellige halvledere oven på hinanden for at skabe en såkaldt heterostruktur med de ønskede egenskaber. Men det er vigtigt at forstå, hvordan båndgabene mellem to halvledere flugter, når halvledere bringes sammen på denne måde.

Haiding Sun og principforsker Xiaohang Li fra KAUST og kolleger fra Georgia Institute of Technology, rapporterer, at de eksperimentelt målte justeringen af ​​to nye materialer med store båndgab:boraluminiumnitrid og aluminium galliumnitrid.

2014 Nobelprisen i fysik blev tildelt som en anerkendelse af udviklingen af ​​galliumnitrid lysemitterende dioder. Men, sammenlignet med galliumnitrid, aluminiumnitrid har et meget større båndgab på 6,1 elektronvolt. Dens elektroniske egenskaber kan indstilles ved at erstatte nogle af aluminiumsatomerne i krystallen med enten bor eller gallium.

Holdet skabte en grænseflade mellem bor-aluminiumnitrid med et bor til aluminium-atomforhold på 14:86 og aluminium-galliumnitrid med et galliumnitrid-forhold på 30:70 på et aluminium-nitrid-dækket safirsubstrat.

De brugte højopløsnings røntgenfotoemissionsspektroskopi til at måle forskydningen mellem toppen og bunden af ​​de to materialers båndgab. De viser, at båndgabet har en forskudt justering, med både den øverste og nederste kant af båndgabet på Al0.7Ga0.3N lavere end den respektive kant i B0.14Al0.86N.

"Baseret på de eksperimentelle resultater, vi kan opnå en meget højere mængde af todimensional elektrongaspladebærerkoncentration i et sådant kryds, "siger Sun." Bestemmelsen af ​​båndjusteringen af ​​B0.14Al0.86N/Al0.7Ga0.3N heterojunction giver værdifuld støtte i design af optiske og elektroniske enheder baseret på sådanne kryds. "