PAM-XIAMEN kan levere AlN tynde film, se yderligere specifikationerhttps://www.powerwaywafer.com/2-inch-aluminium-nitrid-aln-template-on-sapphire.html.
1. Forskningsbaggrund for usammenhængende grænseflader
Funktionelle materialegrænseflader har tiltrukket sig stor opmærksomhed på grund af deres ofte udvisende nye fysiske og kemiske fænomener og egenskaber, der adskiller sig fra bulkmaterialer. For eksempel er todimensionel elektrongas, grænsefladesuperledning, grænsefladeluminescens og grænseflademagnetisme blevet opdaget ved materialegrænseflader. Disse interessante grænsefladefænomener og egenskaber tilskrives normalt stærke fysiske og kemiske interaktioner ved grænsefladen, så de forekommer for det meste ved kohærente og semikohærente grænseflader.
Fra den kohærente grænseflade til den semikohærente grænseflade og derefter til den usammenhængende grænseflade, fortsætter gitter-uoverensstemmelsen ved grænsefladen med at stige, hvilket resulterer i forskellige gitter-mismatch-justeringsmekanismer og grænsefladestrukturer ved materialegrænsefladen. Gittermismatchen af den kohærente grænseflade er lille, og grænseflademismatchen justeres ved den elastiske deformation af to tilstødende gitter, der danner en perfekt afstemt grænsefladestruktur mellem atomer på grænsefladen; Gittermistilpasningen ved den semikohærente grænseflade er moderat, kompenseret for ved dannelsen af periodisk arrangement af grænseflademistilpasningsforskydninger. Gittermismatchet ved usammenhængende grænseflader er meget stort, og tilstødende krystaller på begge sider af grænsefladen vil bevare deres oprindelige gitter og være stift stablet sammen, hvilket gør det vanskeligt at danne grænseflademismatchdislokationer. Selvom usammenhængende grænseflader er mere almindelige end de to andre typer grænseflader, er interaktionen på grænsefladen meget svag på grund af deres dårlige gittertilpasning og svage grænsefladebindingsstyrke. Derfor udviser usammenhængende grænseflader sjældent unikke grænsefladefænomener og egenskaber, hvilket i høj grad begrænser forskningen og anvendelsen af usammenhængende grænseflader.
2. Forskning om IngrænsefladePfænomener ogPegenskaberaf AlN/Al2O3IsammenhængendeIngrænseflade
For at udforske nye grænsefladefænomener og egenskaber på usammenhængende grænseflader, har et forskerhold udført systematisk forskning i de atomare og elektroniske strukturer og grænsefladeinteraktioner ved usammenhængende grænseflader. Det har vist sig, at der er usædvanlig stærke grænsefladeinteraktioner på den ikke-kohærente grænseflade af AlN/Al2O3 (0001) med stor gittermismatch (~12%). Den stærke grænsefladeinteraktion regulerer væsentligt den atomare og elektroniske struktur og luminescerende egenskaber af AlN/Al2O3-grænsefladen. Forskningsresultaterne af transmissionselektronmikroskopi mikrostrukturkarakterisering indikerer, at grænseflademismatch dislokationsnetværk og stablingsfejl dannes på den usammenhængende grænseflade af AlN/Al2O3, hvilket er sjældent på andre usammenhængende grænseflader.
Fig. 1 Mikroskopisk struktur af AlN/Al2O3 (0001) inkohærent grænseflade. (a, b) Transmissionselektronmikroskopi lysfeltbilleder og udvalgte arealelektron-diffraktionsmønstre af tværsnitsprøver. Den epitaksiale vækst af AlN tynd film på Al2O3 substrat resulterede i en ujævn kontrast mellem lys og mørke ved grænsefladen, hvilket indikerer tilstedeværelsen af stresskoncentration ved grænsefladen. (c, d) Transmissionselektronmikroskopi lysfeltbilleder og udvalgte arealelektron-diffraktionsmønstre af plane prøver. Et grænseflademismatch dislokationsnetværk dannes på grænsefladen.
Atomlagets opløste valenselektronenergitabsspektrum viser, at båndgabet ved den usammenhængende grænseflade af AlN/Al2O3 falder til ~3,9 eV, betydeligt mindre end båndgabet for AlN og Al2O3 bulkmaterialer (henholdsvis 5,4 eV og 8,0 eV). Første principberegninger indikerer, at reduktionen i båndgab ved grænsefladen hovedsageligt skyldes dannelsen af forvrængede AlN3O-tetraedre og AlN3O3-oktaedre ved grænsefladen, hvilket resulterer i konkurrence mellem Al-N og Al-O-bindinger og en stigning i bindingslængde.
Fig. 2 Atomiske og elektroniske strukturer af AlN/Al2O3-grænseflade uden stablingsfejl. (a, b) Scanning transmission elektronmikroskopi HAADF og ABF billeder. Al-atomoverfladen af AlN er direkte bundet til O-atomoverfladen af Al2O3 ved grænsefladen. Gitteret af AlN og Al2O3 er stift stablet med 8 AlN atomare overflader, der matcher 9 Al2O3 atomare overflader. Atomrekonstruktion og opsplitning af Al-atomsøjler forekommer ved grænsefladen (angivet med den røde pil). (c) Atomlagsopløst valenselektronenergitabsspektrum. Båndgabet ved grænsefladen faldt til ~3,9 eV, betydeligt mindre end for AlN og Al2O3 bulkmaterialer.
Fig. 3 Atomiske og elektroniske strukturer af AlN/Al2O3-grænsefladefejlzoner. (a, b) Scanning transmission elektronmikroskopi HAADF og ABF billeder. Grænsefladens stablingsfejl er dannet på siden af Al2O3, men det ændrer ikke gittertilpasningen af materialerne på begge sider af grænsefladen. Grænsefladen har stadig 8 AlN-atomflader, der matcher 9 Al2O3-atomflader. (c) Atomlagsopløst valenselektronenergitabsspektrum. Båndgabet ved grænsefladen faldt til ~3,9 eV, betydeligt mindre end for AlN og Al2O3 bulkmaterialer.
Fig. 4 Første principberegninger af de atomare og elektroniske strukturer ved AlN/Al2O3-grænsefladen. (ac) Atommodel uden stablingsfejl, elektronisk densitet af tilstande og differentiel ladningstæthed af Al-atomer. Atommodel af (ac) stablingsfejlzone, elektronisk densitet af tilstande og differentiel ladningstæthed af Al-atomer. Båndsrummene i den ikke-stablingsfejlzone og den stablingsfejlzone er henholdsvis 3,3 eV og 3,4 eV. Bindingsstyrken ved grænsefladen er høj og danner forvrænget AlN3O-tetraedre og AlN3O3-oktaedre med konkurrence mellem Al-N og Al-O-bindinger.
Katodefluorescensspektroskopi-analyse viser, at den ikke-kohærente grænseflade har grænsefladeluminescensegenskaber, som kan udsende ultraviolet lys med en bølgelængde på 320 nm, og luminescensintensiteten er meget højere end den iboende luminescens af AlN tynde film. Denne undersøgelse indikerer, at ikke-kohærente grænseflader med store gitter-uoverensstemmelser kan udvise stærke grænsefladeinteraktioner og unikke grænsefladeegenskaber, hvilket uddyber og udvider folks forståelse af ikke-kohærente grænseflader. Det kan give reference og vejledning til udvikling af avancerede heterojunction materialer og enheder baseret på usammenhængende grænseflader.
Fig. 5 Katodisk fluorescensmåling ved AlN/Al2O3-grænsefladen. (a) Scanningelektronmikroskopi sekundære elektronbilleder, (b) katodisk fluorescensspektre, (c, d) katodisk fluorescensfordelingskort målt med 210 nm og 320 nm lasere. 210nm lysexcitation kommer fra AlN tynde film, og 320nm lysexcitation kommer fra grænseflader. Grænsefladens luminescensintensitet er betydeligt højere end den iboende luminescens af AlN tynde film.
For mere information, kontakt os venligst e-mail påvictorchan@powerwaywafer.com og powerwaymaterial@gmail.com.