A medida que los semiconductores a base de silicio alcanzan sus límites de rendimiento, el nitruro de galio GaN se está convirtiendo en el próximo material para avanzar en las tecnologías de diodos emisores de luz LED, transistores de alta frecuencia y dispositivos fotovoltaicos.es su gran cantidad de defectos.
Esta degradación del material se debe a las dislocaciones, cuando los átomos se desplazan en la estructura de la red cristalina. Cuando las dislocaciones múltiples se mueven simultáneamente de la fuerza de corte, los enlaces a lo largo de los planos de la red se estiran y finalmente se rompen. A medida que los átomos se reorganizan para reformar sus enlaces,algunos planos permanecen intactos mientras que otros se deforman permanentemente, con solo medios planos en su lugar. Si la fuerza de corte es lo suficientemente grande, la dislocación terminará a lo largo del borde del material.
La estratificación de GaN en sustratos de diferentes materiales empeora el problema porque las estructuras de celosía generalmente no se alinean. Es por eso que ampliar nuestra comprensión de cómo se forman los defectos de GaN a nivel atómico podría mejorar el rendimiento de los dispositivos fabricados con estematerial.
Un equipo de investigadores ha dado un paso significativo hacia este objetivo al examinar y determinar seis configuraciones centrales de la red de GaN. Presentaron sus hallazgos en el Revista de Física Aplicada , de AIP Publishing.
"El objetivo es identificar, procesar y caracterizar estas dislocaciones para comprender completamente el impacto de los defectos en GaN para que podamos encontrar formas específicas de optimizar este material", dijo Joseph Kioseoglou, investigador de la Universidad Aristóteles de Tesalónica y autor.del papel.
También hay problemas que son intrínsecos a las propiedades de GaN que producen efectos no deseados, como cambios de color en la emisión de LED basados en GaN. Según Kioseoglou, esto podría solucionarse explotando diferentes orientaciones de crecimiento.
Los investigadores utilizaron análisis computacional a través de simulaciones de dinámica funcional molecular y teoría de densidad para determinar las propiedades estructurales y electrónicas de las dislocaciones de borde basal tipo a lo largo de la dirección <1-100> en GaN. Las dislocaciones a lo largo de esta dirección son comunes en las orientaciones de crecimiento semipolar.
El estudio se basó en tres modelos con diferentes configuraciones de núcleo. El primero consistió en tres átomos de nitrógeno N y un átomo de galio Ga para la polaridad de Ga; el segundo tenía cuatro átomos de N y dos átomos de Ga; el tercero conteníados átomos de N y dos átomos asociados al núcleo de Ga. Los cálculos dinámicos moleculares se realizaron utilizando aproximadamente 15,000 átomos para cada configuración.
Los investigadores encontraron que las configuraciones de polaridad N exhibieron significativamente más estados en el intervalo de banda en comparación con las de polaridad Ga, con las configuraciones polares N que presentan valores de intervalo de banda más pequeños.
"Existe una conexión entre los valores más pequeños de banda prohibida y la gran cantidad de estados dentro de ellos", dijo Kioseoglou. "Estos hallazgos potencialmente demuestran el papel del nitrógeno como un contribuyente importante a los efectos relacionados con la dislocación en los dispositivos basados en GaN".
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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