PAM-XIAMEN может поставлять тонкие пленки AlN, дополнительные характеристики см.https://www.powerwaywafer.com/2-inch-aluminum-nitride-aln-template-on-sapphire.html.

1. Предпосылки исследования некогерентных интерфейсов

Интерфейсы функциональных материалов привлекли большое внимание из-за того, что они часто демонстрируют новые физические и химические явления и свойства, которые отличаются от сыпучих материалов. Например, на границах раздела материалов обнаружены двумерный электронный газ, интерфейсная сверхпроводимость, интерфейсная люминесценция и интерфейсный магнетизм. Эти интересные явления и свойства интерфейса обычно объясняются сильными физическими и химическими взаимодействиями на границе раздела, поэтому они чаще всего возникают на когерентных и полукогерентных границах раздела.

От когерентного интерфейса к полукогерентному интерфейсу, а затем к некогерентному интерфейсу, несоответствие решетки на интерфейсе продолжает увеличиваться, что приводит к различным механизмам регулировки несоответствия решетки и структурам интерфейса на границе раздела материалов. Рассогласование решеток когерентного интерфейса невелико, и несоответствие границ регулируется упругой деформацией двух соседних решеток, образуя идеально согласованную структуру интерфейса между атомами на интерфейсе; Рассогласование решеток на полукогерентной границе раздела умеренное, компенсируемое образованием периодического расположения дислокаций несоответствия границ раздела. Несоответствие решеток на некогерентных границах раздела очень велико, и соседние кристаллы по обе стороны границы сохраняют свою исходную решетку и жестко укладываются вместе, что затрудняет образование дислокаций несоответствия границ раздела. Хотя некогерентные интерфейсы встречаются чаще, чем два других типа интерфейсов, из-за плохого согласования решеток и слабой прочности межфазных связей взаимодействие на интерфейсе очень слабое. Таким образом, некогерентные интерфейсы редко демонстрируют уникальные интерфейсные явления и свойства, что значительно ограничивает исследование и применение некогерентных интерфейсов.

2. Исследование Яnterface Pхеномены иPСВОЙСТВА AlN/Al2O3ВпоследовательныйInterface

Чтобы изучить новые явления и свойства некогерентных интерфейсов, исследовательская группа провела систематические исследования атомных и электронных структур и межфазных взаимодействий на некогерентных интерфейсах. Было обнаружено, что на некогерентном интерфейсе AlN/Al2O3 (0001) наблюдаются необычно сильные межфазные взаимодействия с большим несоответствием решеток (~12%). Сильное межфазное взаимодействие существенно регулирует атомную и электронную структуру, а также люминесцентные свойства границы раздела AlN/Al2O3. Результаты исследований по характеристике микроструктуры с помощью просвечивающей электронной микроскопии свидетельствуют о том, что на некогерентном интерфейсе AlN/Al2O3 формируются дислокационные сетки несоответствия и дефекты упаковки, что редко встречается на других некогерентных интерфейсах.

Рис. 1. Микроскопическая структура некогерентной границы раздела AlN/Al2O3 (0001). (а, б) Светлопольные изображения, полученные просвечивающей электронной микроскопией, и картины электронной дифракции выбранных участков образцов поперечного сечения. Эпитаксиальный рост тонкой пленки AlN на подложке Al2O3 привел к неравномерному контрасту между светом и темнотой на границе раздела, что указывает на наличие концентрации напряжений на границе раздела. (c, d) Яркопольные изображения, полученные с помощью просвечивающей электронной микроскопии, и картины электронной дифракции выбранных участков плоских образцов. На границе раздела формируется дислокационная сеть несоответствия.

Спектр потерь энергии валентных электронов с разрешением атомного слоя показывает, что ширина запрещенной зоны на некогерентной границе раздела AlN/Al2O3 уменьшается до ~3,9 эВ, что значительно меньше, чем ширина запрещенной зоны объемных материалов AlN и Al2O3 (5,4 эВ и 8,0 эВ соответственно). Расчеты из первых принципов показывают, что уменьшение ширины запрещенной зоны на границе раздела происходит главным образом из-за образования искаженных тетраэдров AlN3O и октаэдров AlN3O3 на границе раздела, что приводит к конкуренции между связями Al-N и Al-O и увеличению длины связи.

Рис. 2. Атомная и электронная структуры интерфейса AlN/Al2O3 без дефектов упаковки. (а, б) Изображения HAADF и ABF, полученные сканирующей просвечивающей электронной микроскопией. Атомная поверхность Al AlN непосредственно связана с атомной поверхностью O Al2O3 на границе раздела. Решетка AlN и Al2O3 жестко уложена: 8 атомных поверхностей AlN соответствуют 9 атомным поверхностям Al2O3. Атомная реконструкция и расщепление атомных столбцов Al происходят на границе раздела (обозначено красной стрелкой). (в) Спектр потерь энергии валентных электронов, разрешенный в атомном слое. Ширина запрещенной зоны на границе раздела уменьшилась до ~3,9 эВ, что значительно меньше, чем у объемных материалов AlN и Al2O3.

Рис. 3. Атомная и электронная структура зон межфазных разломов AlN/Al2O3. (а, б) Изображения HAADF и ABF, полученные сканирующей просвечивающей электронной микроскопией. Интерфейсный дефект упаковки формируется на стороне Al2O3, но не меняет согласования решеток материалов по обе стороны интерфейса. Интерфейс по-прежнему имеет 8 атомных граней AlN, соответствующих 9 атомным граням Al2O3. (в) Спектр потерь энергии валентных электронов, разрешенный в атомном слое. Ширина запрещенной зоны на границе раздела уменьшилась до ~3,9 эВ, что значительно меньше, чем у объемных материалов AlN и Al2O3.

Рис. 4. Расчеты атомной и электронной структуры из первых принципов на границе раздела AlN/Al2O3. (ac) Модель атома без дефектов упаковки, плотности электронных состояний и дифференциальной плотности заряда атомов Al. Атомная модель зоны дефекта упаковки (переменного тока), плотность электронных состояний и дифференциальная плотность заряда атомов Al. Ширина запрещенной зоны в зоне недефекта упаковки и зоне дефекта упаковки составляет 3,3 эВ и 3,4 эВ соответственно. Прочность связи на границе раздела высока, образуя искаженные тетраэдры AlN3O и октаэдры AlN3O3, с конкуренцией между связями Al-N и Al-O.

Анализ катодной флуоресцентной спектроскопии показывает, что некогерентный интерфейс имеет характеристики интерфейсной люминесценции, которые могут излучать ультрафиолетовый свет с длиной волны 320 нм, а интенсивность люминесценции намного выше, чем собственная люминесценция тонких пленок AlN. Это исследование показывает, что некогерентные интерфейсы с большими несоответствиями решетки могут демонстрировать сильные интерфейсные взаимодействия и уникальные интерфейсные свойства, углубляя и расширяя понимание людьми некогерентных интерфейсов. Он может предоставить справочную информацию и рекомендации по разработке современных гетеропереходных материалов и устройств на основе некогерентных интерфейсов.

Рис. 5. Измерение катодной флуоресценции на границе раздела AlN/Al2O3. (а) Изображения вторичных электронов, полученные сканирующей электронной микроскопией, (б) спектры катодной флуоресценции, (в, г) карты распределения катодной флуоресценции, измеренные лазерами с длиной волны 210 нм и 320 нм. Световое возбуждение с длиной волны 210 нм происходит от тонких пленок AlN, а световое возбуждение с длиной волны 320 нм происходит от интерфейсов. Интенсивность интерфейсной люминесценции существенно превышает собственную люминесценцию тонких пленок AlN.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте по адресуvictorchan@powerwaywafer.com и powerwaymaterial@gmail.com.