Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác động của các mô phỏng động lực học phân tử đến nghiên cứu và phát triển các vật liệu bán dẫn
Tóm tắt
Các khuyết tật ở quy mô nguyên tử giới hạn nghiêm trọng hiệu suất của các vật liệu bán dẫn. Để cải thiện các vật liệu, cần phải hiểu rõ ảnh hưởng của khuyết tật và cơ chế hình thành khuyết tật. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày nhiều ví dụ về việc các mô phỏng động lực học phân tử đã hiệu quả giải quyết những vấn đề này mà trước đây chưa được đề cập đúng mức trong các thí nghiệm. Trong trường hợp đầu tiên, chúng tôi báo cáo tiến trình gần đây của chúng tôi về việc mô phỏng sự phát triển của graphene, nơi chúng tôi phát hiện rằng khuyết tật trong graphene được tạo ra xung quanh các rìa của các đảo trong suốt quá trình phát triển của graphene, không chỉ ở những khu vực nơi các đảo graphene va chạm như đã được cho là trước đây. Trong trường hợp thứ hai, chúng tôi báo cáo tiến trình mô phỏng TlBr, nơi chúng tôi phát hiện rằng dưới một trường điện, các khuyết tật ở rìa trong TlBr di chuyển theo cả hai hướng trượt và leo. Chuyển động leo thải ra các khoảng trống lớn có thể gây ra sự lão hóa nhanh chóng của vật liệu như đã thấy trong các thí nghiệm. Trong trường hợp thứ ba, chúng tôi phát hiện rằng sự phát triển của các phim InGaN trên bề mặt (0001) gặp phải vấn đề đa hình nghiêm trọng tạo ra một lượng lớn các khuyết tật. Phát triển trên bề mặt (1120), mặt khác, dẫn đến các phim tinh thể đơn wurtzite mà không có bất kỳ khuyết tật nào. Trong trường hợp thứ tư, chúng tôi lần đầu tiên sử dụng các mô phỏng để suy ra năng lượng khuyết tật mà không có bất kỳ sai số thống kê nào đáng kể, và sau đó sử dụng các phương pháp không sai số này để phát hiện sự sử dụng sai lý thuyết khuyết tật không tương thích trong các nghiên cứu phim mỏng trước đây. Cuối cùng, chúng tôi nhấn mạnh tầm quan trọng của các mô phỏng động lực học phân tử trong việc giảm thiểu khuyết tật trong không gian thiết kế của các cấu trúc nano.
Từ khóa
#khuyết tật bán dẫn #mô phỏng động lực học phân tử #graphene #TlBr #InGaN #năng lượng khuyết tậtTài liệu tham khảo
H.J. Queisser and E.E. Haller, Science 281, 945 (1998).
K. Zweibel, Science 328, 699 (2010).
Z. Deng, Y. Jiang, Z. Ma, W. Wang, H. Jia, J. Zhou, and H. Chen, Sci. Rep. 3, 3389 (2013).
J. Wu, J. Appl. Phys. 106, 011101 (2009).
R.H. Baughman, A.A. Zakhidov, and de W.A. Heer, Science 297, 787 (2002).
A.K. Geim, Science 324, 1530 (2009).
S. Ghosh, I. Calizo, D. Teweldebrhan, E.P. Pokatilov, D.L. Nika, A.A. Balandin, W. Bao, F. Miao, and C.N. Lau, Appl. Phys. Lett. 92, 151911 (2008).
P.Y. Huang, Ruiz-C.S. Vargas, van der A.M. Zande, W.S. Whitney, M.P. Levendorf, J.W. Kevek, S. Garg, J.S. Alden, C.J. Hustedt, Y. Zhu, J. Park, P.L. McEuen, and D.A. Muller, Nature 469, 389 (2011).
K. Kim, Z. Lee, W. Regan, C. Kisielowski, M.F. Crommie, and A. Zettl, ACS Nano 5, 2142 (2011).
X.W. Zhou, D.K. Ward, and M.E. Foster, J. Comp. Chem. 36, 1719 (2015).
X.W. Zhou, D.K. Ward, M.E. Foster, and J.A. Zimmerman, J. Mater. Sci. 50, 2859 (2015).
X.W. Zhou, D.K. Ward, and M.E. Foster, New J. Chem. 42, 5215 (2018)
T.E. Schlesinger, J.E. Toney, H. Yoon, E.Y. Lee, B.A. Brunett, L. Franks, and R.B. James, Mater. Sci. Eng. R 32, 103 (2001).
A. Churilov, G. Ciampi, H. Kim, L. Cirignano, W. Higgins, F. Olschner, and K. Shah, IEEE Trans. Nuc. Sci. 56, 1875 (2009).
K. Hitomi, Y. Kikuchi, T. Shoji, and K. Ishii, IEEE Trans. Nuc. Sci. 56, 1859 (2009).
K. Hitomi, T. Shoji, and Y. Nlizeki, Nuc. Instru. Meth. Phys. Res. A 585, 102 (2008).
V. Kozlov, M. Kemell, M. Vehkamaki, and M. Leskela, Nuc. Instru. Meth. Phys. Res. A 576, 10 (2007).
B. Dönmez, Z. He, H. Kim, L. Cirignano, and K. Shah, Nuc. Instru. Meth. Phys. Res. A 623, 1024 (2010).
F. Costa, C. Mesquita, and M. Hamada, IEEE Trans. Nuc. Sci. 56, 1817 (2009).
A. Kozorezov, V. Gostilo, A. Owens, F. Quarati, M. Shorohov, M.A. Webb, and J.K. Wigmore, J. App. Phys. 108, 064507 (2010).
V. Lordi, J. Cryst. Growth 379, 84 (2013).
C.R. Leaõ and V. Lordi, Phys. Rev. Lett. 108, 246604 (2012).
C.R. Leaõ and V. Lordi, Phys. Rev. B 87, 081202(R) (2013).
X.W. Zhou, M.E. Foster, Jones Reese, P. Yang, H. Fan, and F.P. Doty, J. Mater. Sci. Res., 4, 15 (2015).
A. Stukowski, Modelling Simul. Mater. Sci. Eng., 18, 015012 (2010). http://www.ovito.org/.
W. Feng, V.V. Kuryatkov, A. Chandolu, D.Y. Song, M. Pandikunta, S.A. Nikishin, and M. Holtz, J. Appl. Phys., 104, 103530 (2008).
Q. Li and G.T. Wang, Appl. Phys. Lett., 97, 181107 (2010).
J.J. Wierer Jr., Q. Li, D.D. Koleske, S.R. Lee, and G.T. Wang, Nanotech. 23, 194007 (2012).
Y. Li, S. You, M. Zhu, L. Zhao, W. Hou, T. Detchprohm, Y. Taniguchi, N. Tamura, S. Tanaka, and C. Wetzel, Appl. Phys. Lett., 98 151102 (2011).
Y.K. Ee, J.M. Biser, W. Cao, H.M. Chan, R.P. Vinci, and N. Tansu, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 15, 1066 (2009).
J. Gruber, X.W. Zhou, R.E. Zhou, S.R. Lee, and G.J. Tucker, J. Appl. Phys. 121, 195301 (2017).
K. Chu, J. Gruber, X.W. Zhou, R.E. Jones, S.R. Lee, and G.J. Tucker, Phys. Rev. Mater. 2, 013402 (2018).
X.W. Zhou and R.E. Jones, J. Mater. Res. 6, 88 (2017).
X.W. Zhou and H.N.G. Wadley, J. Appl. Phys. 84, 2301 (1998).
X.W. Zhou, H.N.G. Wadley, R.A. Johnson, D.J. Larson, N. Tabat, A. Cerezo, Petford-A.K. Long, G.D.W. Smith, P.H. Clifton, R.L. Martens, and T.F. Kelly, Acta Mater. 49, 4005 (2001).
J.J. Chavez, X.W. Zhou, S.F. Almeida, R. Aguirre, and D. Zubia, J. Mater. Sci. Res. 5, 1 (2016).
W.G. Hoover, Phys. Rev. B 31, 1695 (1985).
H. J. Lee, H. Ryu, C. Lee, Kim K, J. Cryst. Growth 191, 621 (1998)
H. Selke, V. Kirchner, H. Heinke, S. Einfeldt, P. Ryder, and, D. Hommel, J. Cryst. Growth 208, 57 (2000)
W. Ostwald, Zeit. Phys. Chemie 22, 289 (1897).
R.M. Farrell, E.C. Young, F. Wu, S.P. DenBaars, and J.S. Speck, Semicond. Sci. Technol. 27, 024001 (2012).
W.D. Nix, Metall. Trans. A 20, 2217 (1989).
D. Maroudas, Zepeda-L.A. Ruiz, and W.H. Weinberg, Surf. Sci. 411, L865 (1998).
A.P. Payne, W.D. Nix, B.M. Lairson, and B.M. Clemens, Phys. Rev. B 47, 13730 (1993).
L. Pizzagalli, G. Cicero, and A. Catellani, Phys. Rev. B 68, 195302 (2003).
X.W. Zhou, D.K. Ward, J.A. Zimmerman, J.L. Cruz-Campa, D. Zubia, J.E. Martin, and F. van Swol, J. Mech. Phys. Solids 91, 265 (2016).
M. Heggie, R. Jones, and A. Umerski, Philos. Mag. A 63, 571 (1991).
R. Jones, A. Umerski, P. Sitch, M.I. Heggie, and S. Öberg, Phys. Status Solidi A 137, 389 (1993).
N. Lehto and S. Öberg, Phys. Rev. Lett. 80, 5568 (1998).
A.S. Nandedkar and J. Narayan, Philos. Mag. A 61, 873 (1990).
U. Trinczek and H. Teichler, Phys. Status Solidi A 137, 577 (1993).
V.V. Bulatov, and W. Cai, Computer Simulations of Dislocations (Oxford University Press, London, 2006).
W. Cai, V.V. Bulatov, J. Chang, J. Li, and S. Yip, Phil. Mag. 83, 539 (2003).
W. Cai, V.V. Bulatov, J. Chang, J. Li, and S. Yip, Phys. Rev. Lett. 86, 5727 (2001).
J. Li, C.Z. Wang, J.P. Chang, W. Cai, V.V. Bulatov, K.M. Ho, and S. Yip, Phys. Rev. B 70, 104113 (2004).
J.R.K. Bigger, D.A. McInnes, A.P. Sutton, M.C. Payne, I. Stich, King-R.D. Smith, D.M. Bird, and L.J. Clarke, Phys. Rev. Lett. 69, 2224 (1992).
Ismail-S. Beigi, and T.A. Arias, Phys. Rev. Lett. 84, 1499 (2000).
G. Wang, A. Strachan, T. Cagin, and W.A. Goddard III., Phys. Rev. B 67, 140101(R) (2003).
J. Bennetto, R.W. Nunes, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. Lett. 79, 245 (1997).
X. Blase, K. Lin, A. Canning, S.G. Louie, and D.C. Chrzan, Phys. Rev. Lett. 84, 5780 (2000).
X.W. Zhou, and S.M. Foiles, in Uncertainty Quantification and Model Calibration, edited by J.P. Hessling (InTech, 2017), p. 89.
X.W. Zhou, R.B. Sills, D.K. Ward, and R.A. Karnesky, Phys. Rev. B 95, 054112 (2017).
X.W. Zhou, D.K. Ward, J.E. Martin, van F.B. Swol, Cruz-J.L. Campa, and D. Zubia, Phys. Rev. B 88, 085309 (2013).
X.W. Zhou, D.K. Ward, F.P. Doty, J.A. Zimmerman, B.M. Wong, Cruz-J.L. Campa, G.N. Nielson, J.J. Chavez, D. Zubia, and J.C. McClure, Prog. Photovolt.: Res. Appl. 23, 1837 (2015).