双界面终止对金刚石/AlN异质结能带对齐的影响:第一性原理研究

时间:2026年5月26日
来源:Surfaces and Interfaces

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程思连|张宇航|程春敏|李睿|孙翔|韩燕摘要超宽禁带(UWBG)半导体金刚石和AlN具有宽禁带、高临界击穿电场、优异的热导率和化学稳定性,这使得它们的异质结成为高压功率器件和深紫外光电器件的核心构建模块。异质结的能带对齐是决定载流子限制、传输和复合效率的关键参数,这些因素直接决定

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程思连|张宇航|程春敏|李睿|孙翔|韩燕

摘要

超宽禁带(UWBG)半导体金刚石和AlN具有宽禁带、高临界击穿电场、优异的热导率和化学稳定性,这使得它们的异质结成为高压功率器件和深紫外光电器件的核心构建模块。异质结的能带对齐是决定载流子限制、传输和复合效率的关键参数,这些因素直接决定了器件的性能极限。特别是,目前缺乏对金刚石表面终止方式和AlN极性面(Al/N终止)这两个变量共同调节能带对齐的系统性研究,这严重限制了这种异质结的精确设计和器件应用。在这项工作中,我们采用第一性原理计算系统研究了由不同极性的AlN和X-金刚石(X = -, H, F, N, O)形成的异质结的界面结构和电子性质。结果表明,界面电荷积累的类型和电子转移的方向会随着AlN的极性和金刚石的终止结构而变化。AlN-N/X-金刚石(X = F, H, N)结构能够有效抑制界面缺陷态。所有异质界面都表现出II型能带对齐。在AlN-Al/金刚石和AlN-Al/H-金刚石界面观察到了超过1 eV的较大价带偏移(VBO),表明它们具有有效的空穴限制能力。本研究揭示了AlN/金刚石异质界面的调制机制,确定了界面优化的关键途径,并为高功率和高频电子器件应用中此类异质结构的界面工程设计提供了重要的理论支持。

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