Модифікація електронних властивостей надтонких плівок β-Ga2O3 механічними впливами
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe66.12.1048Ключові слова:
, плiвки, розрахунки iз перших принципiв, механiчне стисненняАнотація
Методами функцiонала електронної густини та псевдопотенцiалу, iз перших принципiв, з використанням авторського програмного коду отримано просторовi розподiли густини валентних електронiв, знайдено густини електронних станiв, ширини заборонених зон у надтонких плiвках β-Ga2O3 з рiзними вiльними поверхнями пiд впливом механiчного стиснення. Показано, що товщина плiвки β-Ga2O3, тип вiльної поверхнi плiвки та механiчна дiя стиснення дозволяють керувати провiдними властивостями надтонких плiвок β-Ga2O3.
Посилання
R. Roy, V.G. Hill, E.F. Osburn. Polymorphism of Ga2O3 and the system Ga2O3-H2O. Am. Chem. Soc. 74, 719 (1952).
https://doi.org/10.1021/ja01123a039
S.I. Stepanov, V.I. Nikolaev, V.E. Bougrov, A.E. Romanov. Gallium oxide: properties and application: A review. Rev. Adv. Mater. Sci. 44, 63 (2016).
S.J. Pearton, Fan Ren, M. Tadjer, J. Kim. Perspective: Ga2O3 for ultra-high power rectifiers and MOSFETS. Appl. Phys. 124, 220901-1-19 (2018).
https://doi.org/10.1063/1.5062841
M. Higashiwaki, K. Sasaki, A. Kuramata, T. Masui, S. Yamakoshi. Gallium oxide (Ga2O3) metal-semiconductor field-effect transistors on single-crystal β-Ga2O3 (010) substrates. Appl. Phys. Lett. 100, 013504 (2012).
https://doi.org/10.1063/1.3674287
E.G. Villora, K. Shimamura, Y. Yoshikawa, K. Aoki, N. Ichinose. Large-size β-Ga2O3 single crystals and wafers. J. Cryst. Growth 270, 420 (2004).
https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.06.027
H. Aida, K. Nishiguchi, H. Takeda, N. Aota, K. Sunakawa, Y. Yaguchi. Growth of β-Ga2O3 single crystals by the edgedefined, film fed growth method. Appl. Phys. 47, 8506 (2008).
https://doi.org/10.1143/JJAP.47.8506
Z. Feng, A.F.M. Anhar Uddin Bhuiyan, Md. Rezaul Karim, H. Zhao. MOCVD homoepitaxy of Si-doped (010) β-Ga2O3 thin films with superior transport properties. Appl. Phys. Lett. 114, 250601 (2019).
https://doi.org/10.1063/1.5109678
S.A. Kukushkin, V.I. Nikolaev, A.V. Osipov, E.V. Osipova, A.I. Pechnikov, N.A. Feoktistov. Epitaxial gallium oxide on SiC/Si substrates. Fiz. Tverd. Tela 58, 1812 (2016) (in Russian).
https://doi.org/10.1134/S1063783416090201
A.S. Grashchenko, S.A. Kukushkin, V.I. Nikolaev, A.V. Osipov, E.V. Osipova, I.P. Soshnikov. Study of the anisotropic elastoplastic properties of a-Ga2O3 films synthesized on SiC/Si substrates. Fiz. Tverd. Tela 60, 851 (2018) (in Russian).
https://doi.org/10.1134/S1063783418050104
S.J. Pearton, Y. Jiancheng, P.H. Cary IV, F. Ren, J. Kim, M.J. Tadjer, M.A. Mastro. A review of Ga2O3 materials, processing, and devices. Appl. Phys. Rev. 5, 011301 (2018).
https://doi.org/10.1063/1.5006941
N. Makeswaran, D. Das, V. Zade, P. Gaurav, V. Shutthanandan, S. Tan, C.V. Ramana. Size- and phase-controlled nanometer-thick β-Ga2O3 films with green photoluminescence for optoelectronic applications. ACS Appl. Nano Mater. 4, 3331 (2021).
https://doi.org/10.1021/acsanm.1c00378
S. Ilhom, A. Mohammad, D. Shukla, J. Grasso, B.G. Willis, A.K. Okyay, N. Biyikli. Low-temperature as-grown crystalline β-Ga2O3 films via plasma-enhanced atomic layer deposition. ACS Appl. Mater. Inter. 13, 8538 (2021).
https://doi.org/10.1021/acsami.0c21128
X.C. Guo, N.H. Hao, D.Y. Guo, Z.P. Wu, Y.H. An, X.L. Chu, L.H. Li, P.G. Li, M. Lei, W. H. Tang. β-Ga2O3/p-Si heterojunction solar-blind ultraviolet photodetector with enhanced photoelectric responsivity. J. Alloys Compd. 660, 136 (2016).
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.11.145
N. Suzuki, S. Ohira, M. Tanaka, T. Sugawara, K. Nakajima, T. Shishido. Fabrication and characterization of transparent conductive Sn-doped β-Ga2O3 single crystal. Phys. Status Solidi C 4, 2310 (2007).
https://doi.org/10.1002/pssc.200674884
Z. Li, T. Jiao, J. Yu, D. Hu, Y. Lv, W. Li, X. Dong, B. Zhang, Y. Zhang, Z. Feng, G. Li, G. Du. Single crystalline β-Ga2O3 homoepitaxial films grown by MOCVD. Vacuum 178, 109440 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109440
T. Jiao, Z. Li, W. Chen, X. Dong, Z. Li, Z. Diao, Y. Zhang, B. Zhang. Stable electron concentration Si-doped β-Ga2O3 films homoepitaxial growth by MOCVD. Coating 11, 589 (2021).
https://doi.org/10.3390/coatings11050589
G. Joshi, Y.S. Chauhan, A. Verma. Temperature dependence of β-Ga2O3 heteroepitaxy on c-plane sapphire using low pressure chemical vapor deposition. J. Alloys Compd. 883, 160799 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160799
M.A. Mastro, A. Kuramat, J. Calkins, J. Kim, F. Ren, S.J. Pearton. Opportunities and future directions for Ga2O3. ECS J. Solid State Sci. Tech. 6, 356 (2017).
https://doi.org/10.1149/2.0031707jss
X.H. Wang, F.B. Zhang, K. Saito, T. Tanaka, M. Nishio, Q.X. Guo. Electrical properties and emission mechanisms of Zn-doped β-Ga2O3 films. J. Phys. Chem. Solids 75, 1201 (2014).
https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2014.06.005
K. Adachi, H. Ogi, N. Takeuchi, N. Nakamura, H. Watanabe, T. Ito, Y. Ozaki. Unusual elasticity of monoclinic β-Ga2O3. Appl. Phys. 124, 085102 (2018).
https://doi.org/10.1063/1.5047017
S. Krishnamoorthy, Z. Xia, S. Bajaj, M. Brenner, S. Rajan. Delta-doped β-gallium oxide field-effect transistor. Appl. Phys. Expr. 10, 051102 (2017).
https://doi.org/10.7567/APEX.10.051102
J. Su, R. Guo, Z. Lin, S. Zhang, J. Zhang, J. Chang, Y. Hao. Unusual electronic and optical properties of twodimensional Ga2O3 predicted by density functional theory. J. Phys. Chem. C 122, 24592 (2018).
https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b08650
J. Li, L. An, C. Lu, J. Liu. Conversion between hexagonal GaN and β-Ga2O3 nanowires and their electrical transport properties. Nano Lett. 6, 148 (2006).
https://doi.org/10.1021/nl051265k
P. Jiang, X. Qian, X. Li, R. Yang. Three-dimensional anisotropic thermal conductivity tensor of single crystalline β-Ga2O3. Appl. Phys. Lett. 113, 232105 (2018).
https://doi.org/10.1063/1.5054573
J. Su, J. Zhang, R. Guo, Z. Lin, M. Liu, J. Zhang, J. Chang, Y. Hao. Mechanical and thermodynamic properties of two-dimensional monoclinic Ga2O3. Mater. Design 184, 108197 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108197
K.-W. Ang, K.-J. Chui, V. Bliznetsov, C.-H. Tung, A. Du, N. Balasubramanian, G. Samudra, M.F. Li, Y.-C. Yeo. Lattice strain analysis of transistor structures with silicon-germanium and silicon-carbon source/drain stressors. Appl. Phys. Lett. 86, 093102 (2005).
https://doi.org/10.1063/1.1871351
E. Chikoidze, D.J. Rogers, F.H. Teherani, C. Rubio, G. Sauthier, H.J. Von Bardeleben, T. Tchelidze, C. TonThat, A. Fellous, P. Bove, E.V. Sandana, Y. Dumont, A. Perez-Tomas. Puzzling robust 2D metallic conductivity in undoped β-Ga2O3 thin films. Mater. Today Phys. 8, 10 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2018.11.006
S. Luan, L. Dong, R. Jia. Analysis of the structural, anisotropic elastic and electronic properties of β-Ga2O3 with various pressures. J. Cryst. Growth 505, 74 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2018.09.031
K. Adachi, H. Ogi, N. Takeuchi, N. Nakamura, H. Watanabe, T. Ito, Y. Ozaki. Unusual elasticity of monoclinic β-Ga2O3. J. Appl. Phys. 124, 085102 (2018).
https://doi.org/10.1063/1.5047017
H. He, M.A. Blanco, R. Pandey. Electronic and thermodynamic properties of β-Ga2O3. Appl. Phys. Lett. 88, 261904 (2006).
https://doi.org/10.1063/1.2218046
R. Ahrling, J. Boy, M. Handwerg, O. Chiatti, R. Mitdank, G. Wagner, Z. Galazka, S.F. Fischer. Transport properties and finite size effects in β-Ga2O3 thin films. Sci. Rep. 9, 13149 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41598-019-49238-2
R. Balabai, A. Solomenko. Flexible 2D layered material junctions. Appl. Nanosc. 9, 1011 (2019).
https://doi.org/10.1007/s13204-018-0709-9
G.B. Bachelet, D.R. Hamann, M. Schluter. Pseudopotentials that work: from H to Pu. Phys. Rev. B 26, 4199 (1982).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.26.4199
G. Makov, R. Shah, M.C. Payne. Periodic boundary conditions in ab initio calculations. II. Brillouin-zone sampling for aperiodic systems. Phys. Rev. B 53, 15513 (1996).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.53.15513
J. Ahman, G. Svensson, J. Albertsson. A reinvestigation of β-gallium oxide. Acta Cryst. C 52, 1336 (1996).
https://doi.org/10.1107/S0108270195016404
S. Geller. Crystal structure of β-Ga2O3. J. Chem. Phys. 33, 676 (1960).
https://doi.org/10.1063/1.1731237
S. Kumar, R. Singh. Nanofunctional gallium oxide (Ga2O3) nanowires/nanostructures and their applications in nanodevices. Phys. Status Solidi RRL 7, 781 (2013).
https://doi.org/10.1002/pssr.201307253
R.M. Balabai, M.V. Naumenko. Methodology of converting of the coordinates of the basis atoms in a unit cell of crystalline β-Ga2O3, specified in a monoclinic crystallographic system, in the laboratory cartesian coordinates for computer applications. Photoelectronics 29 (2020).
X.-Q. Zheng, J. Lee, S. Rafique, L. Han, C.A. Zorman, H. Zhao, Ph.X.-L. Feng. Free-standing β-Ga2O3 thin diaphragms. Electronic Materials 47, 973 (2018). https://doi.org/10.1007/s11664-017-5978-7
R. Balabai, D. Kravtsova. Hardness of diamond-cBN nanocomposite. Diamond Rel. Mater. 82, 56 (2018). https://doi.org/10.1016/j.diamond.2017.12.016
V.S. Vavilov, A.E. Kiv, O.R. Niyazov. Mechanisms of Formation and Migration of Defects in Semiconductor s (Nauka, 1981) (in Russian).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
