氮化铜中双极掺杂的理解与控制

Angela N Fioretti; Craig P Schwartz; John Vinson; Dennis Nordlund; David Prendergast; Adele C Tamboli; Christopher M Caskey; Filip Tuomisto; Florence Linez; Steven T Christensen; Eric S Toberer; Stephan Lany; Andriy Zakutayev

doi:10.1063/1.4948244

氮化铜中双极掺杂的理解与控制

材料科学 2016-05-25 v1

作者: Angela N Fioretti , Craig P Schwartz , John Vinson , Dennis Nordlund , David Prendergast , Adele C Tamboli , Christopher M Caskey , Filip Tuomisto , Florence Linez , Steven T Christensen , Eric S Toberer , Stephan Lany , Andriy Zakutayev

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摘要

能够同时实现n型和p型掺杂的半导体材料对于基于二极管的器件和晶体管技术备受青睐。氮化铜(Cu3N)是一种具有太阳能相关带隙的亚稳态半导体，据报道表现出双极掺杂行为。然而，目前文献中缺乏对其在Cu3N中该行为背后机制的更深入理解和更好控制。本工作中，我们利用带有温度梯度的组合生长展示了相纯溅射沉积Cu3N薄膜的两种导电类型。室温霍尔效应和塞贝克效应测量显示，低生长温度(~35摄氏度)下为具有10^17 electrons/cm^3的n型Cu3N，而升高生长温度(50-120摄氏度)下为具有10^15-10^16 holes/cm^3的p型。两种类型Cu3N的迁移率约为0.1-1 cm^2/Vs。此外，温度依赖的霍尔效应测量表明电离缺陷是p型薄膜中重要的散射机制。通过结合X射线吸收光谱和第一性原理缺陷理论，我们确定V_Cu缺陷在p型Cu3N中优先形成，而Cu_i缺陷在n型Cu3N中优先形成。基于这些理论和实验结果，我们提出了Cu3N中双极掺杂的动力学缺陷形成机制，该机制也得到正电子湮灭实验的支持。总体而言，本工作结果凸显了动力学过程在亚稳态材料缺陷物理中的重要性，并提供了一个可普遍应用于考虑此类材料性质时的框架。

关键词

氮化铜双极掺杂组合生长霍尔效应塞贝克效应第一性原理缺陷理论动力学缺陷形成亚稳态半导体

引用

@article{arxiv.1601.03362,
  title  = {Understanding and Control of Bipolar Doping in Copper Nitride},
  author = {Angela N Fioretti and Craig P Schwartz and John Vinson and Dennis Nordlund and David Prendergast and Adele C Tamboli and Christopher M Caskey and Filip Tuomisto and Florence Linez and Steven T Christensen and Eric S Toberer and Stephan Lany and Andriy Zakutayev},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1601.03362},
  year   = {2016}
}

备注

12 pages, 8 figures, accepted manuscript

氮化铜中双极掺杂的理解与控制

摘要

关键词

引用

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