Generación de portadores en óxidos multicomponentes de banda ancha: InGaZnO4

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Física del estado sólido Física del estado sólido
• Química de los defectos.

Sus antecedentes:

• Los óxidos multicomponentes de banda ancha requieren una comprensión profunda de la química de los defectos para un rendimiento óptimo.
• Los mecanismos de generación y transporte de portadores en el óxido de zinc cristalino de indio, galio e indio (InGaZnO4) no se comprenden completamente.
• Las suposiciones anteriores acerca de que las vacantes de oxígeno son la fuente primaria de portadores en InGaZnO4 necesitan una reevaluación.

Objetivo del estudio:

• Aclarar la compleja química de los defectos que gobierna la generación y el transporte de la portadora en InGaZnO4.4.
• Identificar los defectos puntuales dominantes y su papel en las propiedades eléctricas.
• Para correlacionar las predicciones teóricas con mediciones eléctricas experimentales.

Principales métodos:

• Primeros principios cálculos de la teoría funcional de densidad para las energías de formación de defectos y los niveles de transición.
• Determinación del defecto de equilibrio y las densidades de electrones en diferentes condiciones de crecimiento (temperatura, presión parcial de oxígeno).
• Análisis de Brouwer de las mediciones eléctricas a granel.

Principales resultados:

• Se identificó el defecto antisitio de Galio (GaZn) como el principal donante de electrones en InGaZnO4.4.
• Demostró que las vacantes de oxígeno son escasas y no son la fuente principal de portadores.
• Se estableció una excelente concordancia entre los cálculos teóricos de los defectos y el análisis experimental de Brouwer.

Conclusiones:

• El defecto antisitio de Galio (GaZn) es el donante de electrones dominante en InGaZnO4.
• Las vacantes de oxígeno juegan un papel menor en la generación de portadores en este material.
• Se propone un nuevo mecanismo de generación de portadores, que explica las variaciones de conductividad en In-rich vs. Ga-rich InGaZnO4.