När kiselbaserade halvledare når sina prestationsgränser, galliumnitrid (GaN) blir nästa material för att främja ljusemitterande diod (LED) teknik, högfrekventa transistorer och solcellsanordningar. Håller tillbaka GaN, dock, är dess höga antal defekter.

Denna materialnedbrytning beror på dislokationer - när atomer förskjuts i kristallgitterstrukturen. När flera dislokationer samtidigt rör sig från skjuvkraft, bindningar längs gitterplanen sträcker sig och bryts så småningom. När atomerna ordnar om sig själva för att reformera sina bindningar, vissa plan förblir intakta medan andra blir permanent deformerade, med bara halvplan på plats. Om skjuvkraften är tillräckligt stor, dislokationen hamnar längs materialets kant.

Att lägga GaN på substrat av olika material gör problemet så mycket värre eftersom gitterstrukturerna vanligtvis inte anpassas. Det är därför som en utvidgad förståelse för hur GaN -defekter bildas på atomnivå kan förbättra prestandan hos de enheter som tillverkas med detta material.

Ett team av forskare har tagit ett betydande steg mot detta mål genom att undersöka och bestämma sex kärnkonfigurationer av GaN -gallret. De presenterade sina fynd i Journal of Applied Physics .

"Målet är att identifiera, bearbeta och karakterisera dessa dislokationer för att fullt ut förstå effekten av defekter i GaN så att vi kan hitta specifika sätt att optimera detta material, "sa Joseph Kioseoglou, en forskare vid Aristoteles universitet i Thessaloniki och en författare till uppsatsen.

Det finns också problem som är inneboende i GaN:s egenskaper som resulterar i oönskade effekter som färgskiftningar i utsläpp av GaN-baserade lysdioder. Enligt Kioseoglou, detta kan eventuellt åtgärdas genom att utnyttja olika tillväxtorienteringar.

Forskarna använde beräkningsanalys via molekylär dynamik och densitetsfunktionella teori simuleringar för att bestämma de strukturella och elektroniska egenskaperna hos a-typ basal kant dislokationer längs <1-100> riktning i GaN. Dislokationer längs denna riktning är vanliga i semipolära tillväxtorienteringar.

Studien baserades på tre modeller med olika kärnkonfigurationer. Den första bestod av tre kväve (N) atomer och en gallium (Ga) atom för Ga -polariteten; den andra hade fyra N -atomer och två Ga -atomer; den tredje innehöll två N-atomer och två Ga-kärnassocierade atomer. Molekylära dynamiska beräkningar utfördes med cirka 15, 000 atomer för varje konfiguration.

Forskarna fann att N -polaritetskonfigurationerna uppvisade betydligt fler tillstånd i bandgapet jämfört med Ga -polaritetens, med de N -polära konfigurationerna som presenterar mindre bandgap -värden.

"Det finns en koppling mellan de mindre bandgap -värdena och det stora antalet tillstånd i dem, "sa Kioseoglou." Dessa fynd visar potentiellt kväve roll som en viktig bidragande faktor till dislokationsrelaterade effekter i GaN-baserade enheter. "