热处理过程中点缺陷平衡的第一性原理计算：氮、氢和硅掺杂金刚石
材料科学
2022-05-03 v1 计算物理
摘要
点缺陷在材料中负责广泛的光电特性，使得为新材料设计而调控其浓度至关重要。然而，考虑到共掺杂半导体与介电材料中缺陷的繁杂性，以及缺陷形成能对热处理参数的依赖，基于实验试错法的工艺设计并非高效策略。这使得探索计算途径以预测热处理过程中的缺陷平衡成为必要。金刚石中有关缺陷转变的累积实验知识无与伦比。因此，金刚石是基准化计算方法的优异材料。通过将氮、氢和硅掺杂金刚石作为模型体系，我们研究了缺陷形成能的压力依赖性，并通过第一性原理计算求解了金刚石热处理过程中的缺陷平衡。我们绘制了多种缺陷的整体 Kröger-Vink 图，其基于工艺参数（如温度与热处理中所用气体的分压）表示缺陷浓度。所演示的方法预测了大部分实验数据，例如导向 B 中心形成的氮聚集路径、超高温度下 B、H3、N3 和 NVHx 中心的退火、SiV 中心的热稳定性，以及 NV 浓度的温度依赖性。我们展示了利用相对廉价而稳健的第一性原理方法，为广泛半导体与介电材料设计热处理的可能性，从而显著加速缺陷工程与高通量新材料设计。
引用
@article{arxiv.2111.11359,
title = {Ab-initio calculation of point defect equilibria during heat treatment: Nitrogen, hydrogen, and silicon doped diamond},
author = {Mubashir Mansoor and Mehya Mansoor and Maryam Mansoor and Ammar Aksoy and Sinem Nergiz Seyhan and Betul Yildirim and Ahmet Tahiri and Nuri Solak and Kursat Kazmanli and Zuhal Er and Kamil Czelej and Mustafa Urgen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.11359},
year = {2022}
}
备注
This preprint includes 17 pages, 1 cover photo, 7 figures and 2 appendices