PAM-XIAMEN kan leverera AlN tunna filmer, se ytterligare specifikationerhttps://www.powerwaywafer.com/2-inch-aluminium-nitrid-aln-template-on-sapphire.html.
1. Forskningsbakgrund för inkoherenta gränssnitt
Funktionella materialgränssnitt har väckt stor uppmärksamhet på grund av att de ofta uppvisar nya fysikaliska och kemiska fenomen och egenskaper som skiljer sig från bulkmaterial. Till exempel har tvådimensionell elektrongas, gränssnittssupraledning, gränssnittsluminescens och gränssnittsmagnetism upptäckts vid materialgränssnitt. Dessa intressanta gränssnittsfenomen och egenskaper tillskrivs vanligtvis starka fysikaliska och kemiska interaktioner vid gränssnittet, så de förekommer oftast vid koherenta och semikoherenta gränssnitt.
Från det koherenta gränssnittet till det semikoherenta gränssnittet, och sedan till det inkoherenta gränssnittet, fortsätter gittermissanpassningen vid gränssnittet att öka, vilket resulterar i olika mekanismer för justering av gittermissanpassning och gränssnittsstrukturer vid materialgränssnittet. Gittermissanpassningen för det koherenta gränssnittet är liten, och gränssnittsmissanpassningen justeras av den elastiska deformationen av två intilliggande gitter, vilket bildar en perfekt matchad gränssnittsstruktur mellan atomer på gränsytan; Gittermissanpassningen vid det semikoherenta gränssnittet är måttlig, kompenserad av bildandet av periodiska arrangemang av gränssnittsmissanpassningsdislokationer. Gittermissanpassningen vid osammanhängande gränssnitt är mycket stor, och intilliggande kristaller på båda sidor av gränssnittet kommer att bibehålla sitt ursprungliga gitter och vara styvt staplade tillsammans, vilket gör det svårt att bilda gränssnittsmissanpassningsdislokationer. Även om inkoherenta gränssnitt är vanligare än de andra två typerna av gränssnitt, på grund av deras dåliga gittermatchning och svaga gränssnittsbindningsstyrka, är interaktionen på gränssnittet mycket svag. Därför uppvisar osammanhängande gränssnitt sällan unika gränssnittsfenomen och egenskaper, vilket i hög grad begränsar forskningen och tillämpningen av inkoherenta gränssnitt.
2. Forskning om IgränssnittPfenomen ochPegenskaperav AlN/Al2O3sammanhängandeIgränssnitt
För att utforska nya gränssnittsfenomen och egenskaper på inkoherenta gränssnitt har en forskargrupp genomfört systematisk forskning om atomära och elektroniska strukturer och gränssnittsinteraktioner vid inkoherenta gränssnitt. Det har visat sig att det finns ovanligt starka gränssnittsinteraktioner på det icke-koherenta gränssnittet av AlN/Al2O3 (0001) med stor gittermissanpassning (~12%). Den starka gränssnittsinteraktionen reglerar avsevärt den atomära och elektroniska strukturen och luminescerande egenskaperna hos AlN/Al2O3-gränssnittet. Forskningsresultaten av transmissionselektronmikroskopi-mikrostrukturkarakterisering indikerar att gränssnittsmissanpassningsdislokationsnätverk och staplingsfel bildas på det inkoherenta gränssnittet av AlN/Al2O3, vilket är sällsynt på andra inkoherenta gränssnitt.
Fig. 1 Mikroskopisk struktur av AlN/Al2O3 (0001) inkoherent gränssnitt. (a, b) Transmissionselektronmikroskopi ljusfältsbilder och utvalda elektrondiffraktionsmönster för tvärsnittsprover. Den epitaxiella tillväxten av AlN-tunnfilm på Al2O3-substrat resulterade i en ojämn kontrast mellan ljus och mörker vid gränsytan, vilket indikerar närvaron av stresskoncentration vid gränsytan. (c, d) Transmissionselektronmikroskopi ljusfältsbilder och utvalda elektrondiffraktionsmönster för plana prover. Ett gränssnittsfelmatchningsdislokationsnätverk bildas på gränssnittet.
Atomskiktets upplösta valenselektronenergiförlustspektrum visar att bandgapet vid det inkoherenta gränssnittet av AlN/Al2O3 minskar till ~3,9 eV, betydligt mindre än bandgapet för AlN och Al2O3 bulkmaterial (5,4 eV respektive 8,0 eV). Första principberäkningar indikerar att minskningen av bandgap vid gränsytan huvudsakligen beror på bildandet av förvrängda AlN3O-tetraedrar och AlN3O3-oktaedrar vid gränsytan, vilket resulterar i konkurrens mellan Al-N- och Al-O-bindningar och en ökning av bindningslängden.
Fig. 2 Atomiska och elektroniska strukturer av AlN/Al2O3-gränssnitt utan staplingsfel. (a, b) Sveptransmissionselektronmikroskopi HAADF- och ABF-bilder. Al-atomytan av AlN är direkt bunden till O-atomytan av Al2O3 vid gränsytan. Gallret av AlN och Al2O3 är styvt staplade, med 8 AlN-atomytor som matchar 9 Al2O3-atomytor. Atomrekonstruktion och splittring av Al-atomkolumner sker vid gränssnittet (indikeras av den röda pilen). (c) Atomskiktsupplöst valenselektronenergiförlustspektrum. Bandgapet vid gränssnittet minskade till ~3,9 eV, betydligt mindre än det för AlN och Al2O3 bulkmaterial.
Fig. 3 Atomära och elektroniska strukturer för AlN/Al2O3-gränssnittsfelzoner. (a, b) Sveptransmissionselektronmikroskopi HAADF- och ABF-bilder. Gränssnittstaplingsfelet bildas på sidan av Al2O3, men det ändrar inte gitteranpassningen av materialen på båda sidor av gränssnittet. Gränssnittet har fortfarande 8 AlN-atomytor som matchar 9 Al2O3-atomytor. (c) Atomskiktsupplöst valenselektronenergiförlustspektrum. Bandgapet vid gränssnittet minskade till ~3,9 eV, betydligt mindre än det för AlN och Al2O3 bulkmaterial.
Fig. 4 Första principberäkningar av atomära och elektroniska strukturer vid AlN/Al2O3-gränssnittet. (ac) Atommodell utan staplingsfel, elektronisk densitet av tillstånd och differentiell laddningstäthet för Al-atomer. Atommodell av (ac) staplingsförkastningszon, elektronisk densitet av tillstånd och differentiell laddningstäthet för Al-atomer. Bandgapen i den icke staplande felzonen och staplingsfelszonen är 3,3 eV respektive 3,4 eV. Bindningsstyrkan vid gränsytan är hög och bildar förvrängda AlN3O-tetraedrar och AlN3O3-oktaedrar, med konkurrens mellan Al-N- och Al-O-bindningar.
Katodfluorescensspektroskopi-analys visar att det icke-koherenta gränssnittet har gränssnittsluminescensegenskaper, som kan avge ultraviolett ljus med en våglängd på 320 nm, och luminescensintensiteten är mycket högre än den inneboende luminescensen hos AlN-tunna filmer. Denna studie indikerar att icke-koherenta gränssnitt med stora lattice-felmatchningar kan uppvisa starka gränssnittsinteraktioner och unika gränssnittsegenskaper, vilket fördjupar och utökar människors förståelse för icke-koherenta gränssnitt. Den kan ge referens och vägledning för utveckling av avancerade heterojunction material och enheter baserade på osammanhängande gränssnitt.
Fig. 5 Katodisk fluorescensmätning vid AlN/Al2O3-gränssnittet. (a) Svepelektronmikroskopi sekundära elektronbilder, (b) katodiska fluorescensspektra, (c, d) kartor för katodfluorescensfördelning mätt med 210 nm och 320 nm lasrar. 210 nm ljusexcitation kommer från AlN tunna filmer och 320 nm ljusexcitation kommer från gränssnitt. Gränssnittets luminescensintensitet är betydligt högre än den inneboende luminescensen för AlN-tunna filmer.
För mer information, vänligen kontakta oss maila påvictorchan@powerwaywafer.com och powerwaymaterial@gmail.com.