ZnS 中光致塑性与电致塑性效应的共同起源

位错运动——晶体塑性的原子尺度机制——支配着材料的强度和韧性。在功能材料中，除机械应力外的外部刺激也可影响位错滑移。在宽带隙半导体 ZnS 中，光照可抑制塑性，而电场可增强位错运动。本文表明，这些现象的共同底层机制是响应载流子浓度变化而产生的带电位错。我们先前的理论工作表明，ZnS 中局部带电位错会捕获多余载流子，触发芯骨重构，从而修改其 mobility，其中最显著变化的是带正电荷的 Zn 富集核心位错。本文通过表明光照或电子掺杂可选择抑制 Zn 富集位错在生长于 ZnS 薄膜的界面错位位错中的滑移，来验证了此预测。首先，在不同光照条件下对单个界面错位位错进行成像，显示 Zn 核心滑移随光功率升高而显著减弱，而 S 核心位错对光不敏感，这标志着对光致塑性效应的首次单一错位位错成像。接下来，我们表明类似行为在生长于临界厚度之上的 ZnS 薄膜进行直接电子 (n 型) 掺杂时也可观察到。随着 n 型掺杂浓度的增加，Zn 核心位错密度降低了一个数量级，而 S 核心密度基本不变，导致应变各向异性发生符号反转。这表明 ZnS 中位错的光电子敏感性的共同起源，并为在化合物半导体中工程化位错内容提供了路径。