通过调控点缺陷实现CrN薄膜的p型导电行为
材料科学
2022-03-28 v2 应用物理
摘要
我们报道了一项实验与理论相结合的研究结果，该研究针对在非化学计量比CrN1+d薄膜上，于Ar/N2混合气体中使用不同N2比例、通过反应磁控溅射在c面蓝宝石、MgO(100)和LaAlO3(100)衬底上生长的材料。随着CrN薄膜中氮浓度从48 at.%变化到52 at.%，薄膜的导电行为从n型转变为p型。对于所有衬底，成分变化呈现相似趋势，即随着气流比中N2比例的增加，N/Cr比从约0.7增加到1.06-1.10。由于化学计量比的改变，晶格参数和塞贝克系数随CrN1+d中N含量的增加而一同增大；特别地，塞贝克系数从CrN0.97的-50 uV.K-1转变为CrN1.1的+75 uV.K-1。密度泛函理论计算表明，Cr空位可以解释塞贝克系数的变化，因为它们将费米能级下推至价带中，而需要以N2哑铃形式存在的N间隙缺陷来解释晶格参数的增大。包含两类缺陷（它们具有强烈的结合倾向）的计算显示晶格参数略有增加，同时价带中形成空穴。为解释实验趋势，我们认为薄膜中同时存在Cr空位和N2哑铃，可能以组合构型存在。我们证明了利用本征缺陷将CrN的半导体行为从n型调控到p型的可能性，这为将该化合物集成到能量收集热电设备中开辟了前景。
引用
@article{arxiv.2111.07823,
title = {P-type behavior of CrN thin films by control of point defects},
author = {Arnaud le Febvrier and Davide Gambino and Fabien Giovannelli and Babak Bakhit and Simon Hurand and Gregory Abadias and Björn Alling and Per Eklund},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.07823},
year = {2022}
}
备注
21 pages, 7 figures, supplementary information