在 GaAs(111)B 上通过分子束外延生长的 InSe 薄膜中混合多型体/多型体的形成及其对电子性质的影响
材料科学
2024-04-22 v1
摘要
本征铁电半导体及其与传统材料平台的集成，有望实现新型低功耗逻辑器件，并利用体光伏效应制造更高效的太阳能电池。InSe 是一种层状范德华化合物，表现出多种多型体，其中半导体相 gamma-InSe 呈现非中心对称空间群，并在室温下表现出高载流子迁移率。本文报道了利用分子束外延（MBE）在晶格近乎匹配的半绝缘 GaAs(111)B 衬底上生长 InSe 薄膜。优异的成核行为促使生长出平滑的单相 InSe 薄膜。通过 X 射线衍射确定的主要多型体为目标相 gamma-InSe，然而拉曼光谱揭示了整体低强度非中心对称振动模式在空间上的变化。透射电子显微镜揭示了 beta、gamma 和 epsilon-InSe 三种体相多型体以纳米级畴排列共存于薄膜中。这些不同的多型体可以解释为由具有 P-6m2 对称性的单个非中心对称 Se-In-In-Se 层构成的 gamma-InSe 的堆叠层错和旋转孪晶界的序列。此外，还鉴别出一种具有 P-3m 对称性的中心对称 Se-In-In-Se 层多型体，这通常不存在于 InSe 体相中。第一性原理计算揭示了 InSe 多型体之间形成能差异较小，但电子性质差异显著。因此，不同多型体的纳米级畴尺寸导致生长薄膜中显著的电子无序，主导了电子输运性质。我们的结果表明，自下而上的薄膜合成是稳定体相中不存在的 InSe 多型体的一种可行合成途径。
引用
@article{arxiv.2404.12578,
title = {Mixed polytype/polymorph formation and its effects on the electronic properties in InSe films grown by molecular beam epitaxy on GaAs(111)B},
author = {Maria Hilse and Justin Rodriguez and Jennifer Gray and Jinyuan Yao and Shaoqing Ding and Derrick Shao Heng Liu and Mo Li and Joshua Young and Ying Liu and Roman Engel-Herbert},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.12578},
year = {2024}
}