在β-Ga2O3中的点缺陷的定量建模,将混合功能能量与半导体和过程热力学相结合
K A Arnab1, M Stephens1, I Maxfield1
1Department of Materials Science and Engineering, University of Utah, Salt Lake City, Utah 84112, USA. mike.scarpulla@utah.edu.
在β-氧化物 (β-Ga2O3) 中缺陷的准确建模需要考虑温度和热力学效应. 这种方法正确地预测了晶体生长和化过程中的导电性变化,这对于功率电子应用至关重要.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 半导体物理 半导体物理
- 计算材料科学科学 计算材料科学
背景情况:
- β-氧化物 (β-Ga2O3) 由于其超宽带隙和高临界场,是动力电子的一个有前途的材料.
- 优化β-Ga2O3晶体生长需要对原生缺陷和杂质缺陷进行准确的定量建模.
研究的目的:
- 在各种晶体生长条件下开发一个全面的建模框架,用于预测β-Ga2O3中的缺陷度.
- 为了证明在缺陷建模中包括温度依赖的带隙,热化学潜力和振动的关键重要性.
主要方法:
- 利用密度函数理论 (DFT) 与混合函数来计算缺陷形成能量.
- 开发了KROGER建模框架,包括热力学条件和缺陷平衡.
- 模拟了259个缺陷的873个充电状态,涉及19个用于散装晶体生长 (EFG) 和氧气回火的元素.
主要成果:
- 准确的建模需要包括温度依赖的带隙,化学潜力和缺陷振动.
- 没有这些因素,缺陷建模会产生错误的预测,例如完全补偿n型兴奋剂的Ga空缺.
- 该模型成功地重现了对Sn-dopedβ-Ga2O3导电性的实验观测,以及氧气回火后的绝缘行为.
结论:
- 克罗格框架准确地捕捉了半导体生长和加工的缺陷平衡.
- 这种综合方法为优化β-Ga2O3.3中点缺陷种群提供了关键的见解.
- 该方法可用于超出β-Ga2O3.3的其他材料.
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