Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đặc trưng tính chất cơ học và quang học của GaN c-plane (0001) và m-plane (10−10) qua kiểm tra nanoindentation và phát quang
Tóm tắt
Sự phụ thuộc của ứng suất cắt chảy vào mật độ dislocation và hướng tinh thể đã được nghiên cứu trong các tinh thể GaN khối bằng cách kiểm tra nanoindentation. Ứng suất cắt chảy giảm khi mật độ dislocation gia tăng, được ước tính qua mật độ điểm tối trong quang phát quang cathodoluminescence, và giảm khi tỷ lệ biến dạng nanoindentation giảm. Ứng suất này đạt tới 11.5 GPa và trùng hợp cho cả GaN c-plane (0001) và m-plane (10-10) bị biến dạng quasi-tĩnh. Khi xem xét ứng suất Peierls–Nabarro lý thuyết và ứng suất chảy cho từng hệ thống trượt, các hiện tượng này được kết luận là bằng chứng cho cơ chế không đồng nhất liên quan đến biến dạng dẻo trong tinh thể GaN. Kính hiển vi điện tử truyền qua và mô phỏng động lực học phân tử cũng hỗ trợ cơ chế này với đường trượt r-plane (-1012) thu được ngay sau biến dạng dẻo, sự kiện được gọi là pop-in. Sự phù hợp của năng lượng xáo trộn nguyên tử thu được thực nghiệm với năng lượng biên đôi đã được tính toán cho thấy rằng sự tạo hạt của biên đôi cục bộ không ổn định dọc theo r-plane đã tập trung ứng suất vết nén, dẫn đến sự trượt trên r-plane. Kiểm tra nanoindentation này hữu ích cho việc đặc trưng chất lượng tinh thể vì bản đồ vết nén của ứng suất cắt chảy trùng với bản đồ phát quang cho thấy sự gia tăng hiệu suất phát xạ do việc giảm quá trình tái tổ hợp không phát quang do dislocation.
Từ khóa
#GaN #ứng suất cắt chảy #nanoindentation #dislocation #cơ chế không đồng nhất #phát quang #quang phát quang cathodoluminescenceTài liệu tham khảo
M. Fujikane, M. Leszczyński, S. Nagao, T. Nakayama, S. Yamanaka, K. Niihara, and R. Nowak, J. Alloy. Compd. 450, 405 (2008).
M. Fujikane, A. Inoue, T. Yokogawa, S. Nagao, and R. Nowak, Phys. Status Solidi C 7, 1798 (2010).
M. Fujikane, T. Yokogawa, S. Nagao, and R. Nowak, Phys. Status Solidi C 8, 429 (2011).
M. Fujikane, T. Yokogawa, S. Nagao, and R. Nowak, Appl. Phys. Lett. 99, 222106 (2011).
M. T. Hardy, P. S. Hsu, F. Wu, I. L. Koslow, E. C. Young, S. Nakamura, A. E. Romanov, S. P. DenBaars, and J. S. Speck, Appl. Phys. Lett. 100, 202103 (2012).
J. Huang, K. Xu, X. J. Gong, J. F. Wang, Y. M. Fan, J. Q. Liu, X. H. Zeng, G. Q. Ren, T. F. Zhou, and H. Yang, Appl. Phys. Lett. 98, 221906 (2011).
J. E. Bradby, S. O. Kucheyev, J. S. Williams, C. Jagadish, M. V. Swain, P. Munroe, and M. R. Phillips, Appl. Phys. Lett. 80, 4537 (2002).
U. Jahn, A. Trampert, T. Wagner, O. Brandt, and K. H. Ploog, Phys. Status Solidi A 192, 79 (2002).
C. H. Chien, S. R. Jian, C. T. Wang, J. Y. Juang, J. C. Huang, and Y. S. Lai, J. Phys. D Appl. Phys. 40, 3985 (2007).
S. R. Jian, J. Y. Juang, and Y. S. Lai, J. Appl. Phys. 103, 033503 (2008).
S. R. Jian, Nanoscale Res. Lett. 3, 6 (2008).
C. H. Tsai, S. R. Jian, and J. Y. Juang, Appl. Surf. Sci. 254, 1997 (2008).
S. Srinivasan, L. Geng, R. Liu, F. A. Ponce, Y. Narukawa, and S. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 83, 5187 (2003).
R. Nowak, M. Pessa, M. Suganuma, M. Leszczyński, I. Grzegory, S. Porowski, and F. Yoshida, Appl. Phys. Lett. 75, 2070 (1999).
R. Nowak, T. Sekino, S. Maruno, and K. Niihara, Appl. Phys. Lett. 68, 1063 (1996).
R. Nowak, T. Sekino, and K. Niihara, Philos. Mag. A 74, 171 (1996).
R. Nowak, T. Sekino, and K. Niihara, Acta Mater. 47, 4329 (1999).
R. Nowak, T. Manninen, K. Heiskanen, T. Sekino, A. Hikasa, K. Niihara, and T. Takagi, Appl. Phys. Lett. 83, 5214 (2003).
N. Tymiak, D. Chrobak, W. Gerberich, O. Warren, and R. Nowak, Phys. Rev. B 79, 174116 (2009).
D. Chrobak, K. Nordlund, and R. Nowak, Phys. Rev. Lett. 98, 045502 (2007).
R. Nowak D. Chrobak, S. Nagao, D Vodnick, M. Berg, A. Tukiainen, and M. Pessa, Nat. Nanotechnol. 4, 287 (2009).
D. Chrobak, N. Tymiak, A. Beaber, O. Ugurlu, W. W. Gerberich, and R. Nowak, Nat. Nanotechnol. 6, 480 (2011).
J. Y. Wu, S. Nagao, J. Y. He, and Z. L. Zhang, Nano Lett. 11, 5264 (2011).
R. Nowak, Y. Horino, Y. Ando, and S. Maruno, Appl. Phys. Lett. 68, 3743 (1996).
S. Nagao, K. Nordlund, and R. Nowak, Phys. Rev. B 73, 144113 (2006).
S. Nagao, M. Fujikane, N. Tymiak, and R. Nowak, J. Appl. Phys. 105, 106104 (2009).
M. Fujikane, D. Setoyama, S. Nagao, R. Nowak, and S. Yamanaka, J. Alloy. Compd. 431, 250 (2007).
J. Nord, K. Nordlund, J. Keinonen, and K. Albe: Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. Sect. B 202, 93 (2003).
S. Yip, Nature 391, 532 (1998).
J. Schiøtz1, F. D. Di Tolla, and K. W. Jacobsen, Nature 391, 561 (1998).
W. Gerberich and W. Mook, Nat. Mater. 4, 577 (2005).
C. A. Schuh, J. K. Mason, and A. C. Lund, Nat. Mater. 4, 617 (2005).
A. Béré and A. Serra: Phys. Rev. B 68, 033305 (2003).
A. Béré and A. Serra: Philos. Mag. 86, 2159 (2006).
A. C. Fischer-Cripps, Introduction to Contact Mechanics, 2nd. ed. (Springer Science+Business Media, LLC, 2007) Chap. 5 , pp. 87–91.