ZnGa₂O₄中通过缺陷带的空穴导电性
材料科学
2022-02-11 v1
摘要
具有宽带隙（3.0 eV）、高介电常数（>10）、良好散热能力且能进行 n 型和 p 型掺杂的半导体，对于高能功率电子器件而言极具吸引力。近期研究表明，ZnGa₂O₄ 可能适用于这些应用，成为 Ga₂O₃ 的一个突出替代品。ZnGa₂O₄ 简单的面心立方尖晶石结构导致其电子和光学性质各向同性，这与 β-单斜 Ga₂O₃ 的显著各向异性形成对比。此外，ZnGa₂O₄ 平均而言表现出更好的散热性能以及 n 型和 p 型导电的潜力。在此，我们使用密度泛函理论和杂化泛函计算来研究 ZnGa₂O₄ 的电子、光学和点缺陷性质，重点关注 n 型和 p 型导电的可能性。我们发现，阳离子反位缺陷 Ga_Zn 是能量最低的施主缺陷，可导致非故意的 n 型导电。自陷空穴（小空穴极化子）的稳定性以及受主缺陷的高形成能使得实现 p 型导电变得困难。然而，在 Zn 过量的情况下，形成的 Zn_{(1+2x)}Ga_{2(1-x)}O₄ 合金显示出中间价带，有助于 p 型导电。由于该中间价带的局域化特性，预期 p 型导电通过极化子跳跃实现，这解释了近期实验中观察到的低迁移率和低空穴密度。
引用
@article{arxiv.2202.04698,
title = {Hole conductivity through a defect band in $\rm ZnGa_2O_4$},
author = {Fernando P. Sabino and Intuon Chatratin and Anderson Janotti and Gustavo M. Dalpian},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.04698},
year = {2022}
}