1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Российские нанотехнологии
  4. T. 18, № 6, 2023

Российские нанотехнологии, 2023, T. 18, № 6, стр. 761-767

Диффузия вакансий азота в кристаллическом нитриде алюминия со структурой вюрцита: расчет из первых принципов

М. А. Даниляк 1, И. В. Белов 1, Н. К. Чумаков 1, В. Г. Валеев 1, *

1 Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Москва, Россия

* E-mail: valeev_vg@nrcki.ru

Поступила в редакцию 06.12.2022
После доработки 12.05.2023
Принята к публикации 12.05.2023

Аннотация

Исследованы особенности диффузии вакансий азота в кристаллическом нитриде алюминия со структурой вюрцита, определяющей кинетику формирования и эволюции филаментов в мемристивных структурах на его основе. В частности, из первых принципов рассчитаны величины энергий образования и барьеров диффузии вакансий в зарядовых состояниях $q = 0$, $ \pm 1e$, $ \pm 2e$, где q – заряд вакансии, и найдены температурные зависимости частот перескоков вакансий на соседние узлы кристаллической решетки, которые необходимы для построения численных моделей, описывающих функционирование нитридных структур с резистивным переключением.

Список литературы

  1. Gallium nitride (GaN): physics, devices, and technology / Eds. Medjdoub A.F., Iniewski K. New York: CRC Press, 2016. 372 p.

  2. Gurusinghe M.N., Davidsson S.K., Andersson T.G. // Phys. Rev. B. 2005. V. 72. № 4. P. 045316. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.72.045316

  3. Wide bandgap semiconductors for power electronics: materials, devices, applications / Eds. Wellmann P. et al. 2 volumes. Wiley-VCH, 2022. 736 p.

  4. Banerjee W. // Electronics. 2020. V. 9. № 6. P. 1029. https://doi.org/10.3390/electronics9061029

  5. Zhu J., Zhang T., Yang Y. et al. // Appl. Phys. Rev. 2020. V. 7. № 1. P. 011312. https://doi.org/10.1063/1.5118217

  6. Guo Y., Hu W., Zhang Ch. et al. // J. Phys. D. 2020. V. 53. № 19. P. 195101. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab7517

  7. Ho C.H., Retamal J.R., Yang P.K. et al. // Sci. Rep.-UK. 2017. V. 7. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1038/srep44429

  8. Chen C., Yang Y.C., Zeng F. et al. // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 97. № 8. P. 083502. https://doi.org/10.1063/1.3483158

  9. Kim H.D., An H.M., Lee E.B. et al. // IEEE Trans. Electron Devices. 2011. V. 58. № 10. P. 3566. https://doi.org/10.1109/TED.2011.2162518

  10. Lin C.C., Liou H.Y., Chu S.-Y. et al. // CrystEngCommun. 2018. V. 20. № 40. P. 6230. https://doi.org/10.1039/C8CE00966J

  11. Lin C.-C., Liou H.-Y., Hung P.H. et al. // IEEE Trans. Electron Devices. 2019. V. 66. № 11. P. 4716. https://doi.org/10.1109/TED.2019.2939365

  12. Min K.-P., Li Ch.-Y., Chang T.-J. et al. // ACS Appl. Electron. Mater. 2021. V. 3. № 12. P. 5327. https://doi.org/10.1021/acsaelm.1c00823

  13. Stampfl C., Van de Walle C.G. // Phys. Rev. B. 2002. V. 65. № 15. P. 155212. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.155212

  14. Freysoldt Ch., Grabowski B., Hickel T. et al. // Rev. Mod. Phys. 2014. V. 86. № 1. P. 253. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.86.253

  15. Gao Y., Sun D., Jiang X. et al. // J. Appl. Phys. 2019. V. 125. № 21. P. 215705. https://doi.org/10.1063/1.5094356

  16. Hrytsak R., Kempisty P., Grzanka E. et al. // Materials. 2022. V. 15. № 2. P. 478. https://doi.org/10.3390/ma15020478

  17. Limpijumnong S., Van de Walle C.G. // Phys. Rev. B. 2004. V. 69. № 3. P. 035207. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.035207

  18. Wright A.F., Mattsson T.R. // J. Appl. Phys. 2004. V. 96. № 4. P. 2015. https://doi.org/10.1063/1.1767981

  19. Chen Y., Wu L., Liang D. et al. // Comput. Mater. Sci. 2021. V. 188. P. 110169. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2020.110169

  20. Zhang S.B., Northrup J.E. // Phys. Rev. Lett. 1991. V. 67. № 17. P. 2339. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.67.2339

  21. Van de Walle C.G., Neugebauer J. // Appl. Phys. Rev. 2004. V. 95. № 8. P. 3851. https://doi.org/10.1063/1.1682673

  22. Freysoldt C., Neugebauer J., Van de Walle C.G. // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 102. № 1. P. 016402. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.016402

  23. Freysoldt C., Neugebauer J., Van de Walle C.G. // Phys. Status. Solidi. B. 2011. V. 248. № 5. P. 1067. https://doi.org/10.1002/pssb.201046289

  24. Gordon L., Varley J.B., Lyons J.L. et al. // Phys. Status. Solidi. RRL. 2015. V. 9. № 8. P. 1067. https://doi.org/10.1002/pssr.201510165

  25. CRC Handbook of chemistry and physics, 2016-2017 / Ed. Haynes W.M. 97th edn. Ann Arbor, Michigan: CRC Press, 2014. 2638 p.

  26. Blochl P.E. // Phys. Rev. B. 1994. V. 50. № 24. P. 17953. https://doi.org/10.1103/physrevb.50.17953

  27. Ceperley D.M., Alder B.J. // Phys. Rev. Lett. 1980. V. 45. № 7. P. 566. https://doi.org/10.1103/physrevlett.45.566

  28. Kresse G., Hafner J. // J. Phys: Condens. Mater. 1994. V. 6. № 40. P. 8245. https://doi.org/10.1088/0953-8984/6/40/015

  29. Kresse G., Furthmuller J. // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. № 11. P. 169. https://doi.org/10.1103/physrevb.54.11169

  30. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. № 18. P. 3865. https://doi.org/10.1103/physrevlett.77.3865

  31. Vurgaftman I., Meyer J.R. // J. Appl. Phys. 2003. V. 94. № 11. P. 3675. https://doi.org/10.1063/1.1368156

  32. Ranade M.R., Tessier F., Navrotsky A., Marchand R. // J. Mater. Res. 2001. V. 16. № 10. P. 2824. https://doi.org/10.1557/JMR.2001.0389

  33. Feneberg M., Leute R.A.R., Neuschl B. et al. // Phys. Rev. B. 2010. V. 82. № 7. P. 075208. https://doi.org/10.1103/physrevb.82.075208

  34. Jónsson H., Mills G., Jacobsen K.W. // Classical and Quantum Dynamics in Condensed Phase Simulations / Eds. Berne B.J. et al. World Scientific, 1998. P. 385.

  35. Mills G., Jónsson H. // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 72. № 7. P. 1124. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.72.1124

  36. Mills G., Jónsson H., Schenter G.K. // Surf. Sci. 1995. V. 324. № 2–3. P. 305. https://doi.org/10.1016/0039-6028(94)00731-4

  37. Goldberg Yu. // Properties of advanced semiconductor materials. GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe / Eds. Levinshtein M.E. et al. New York: Wiley, 2001. P. 31.

  38. Mott N.F. // Rev. Mod. Phys. 1968. V. 40 № 4. P. 677. https://doi.org/10.1103/revmodphys.40.677

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Российские нанотехнологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал