【器件论文】基于密度泛函理论、X 射线衍射与扫描进动纳米束电子衍射的 κ-(InₓGa₁₋ₓ)₂O₃/κ-Ga₂O₃/Al₂O₃ 异质结应变分析中的晶格参数与弹性特性研究

        由德国不来梅大学的研究团队在学术期刊 Journal of Applied Physics 发布了一篇名为Lattice parameters and elastic properties for strain analysis in κ-(In_xGa_1−x)₂O₃/κ-Ga₂O₃/Al₂O₃ heterostructures from density functional theory, x-ray diffraction, and scanning precession nanobeam electron diffraction（基于密度泛函理论、X 射线衍射与扫描进动纳米束电子衍射的 κ-(In_xGa_1−x)₂O₃/κ-Ga₂O₃/Al₂O₃ 异质结应变分析中的晶格参数与弹性特性研究）的文章。

摘要

        本实验通过结合密度泛函理论（DFT）、X 射线衍射（XRD）、纳米束电子衍射（NBED）和能量色散 X 射线光谱（EDX）研究了通过等离子体辅助分子束外延生长的 κ-(In_xGa_1−x)₂O₃/κ-Ga₂O₃/Al₂O₃ 异质结构中的应变，其中 In 浓度分别为低（2%）和高（18%）。使用密度泛函理论形式计算了晶格参数和弹性模量。通过 NBED 在两个不同的区轴测量了 κ-(In_xGa_1−x)₂O₃ 和 κ-Ga₂O₃ 以及 Al₂O₃ 和 κ-Ga₂O₃ 之间的应变，由于 κ 相的准六边形结构，这可近似得到完整的应变张量。通过 XRD 测量的倒易空间图谱支持了获得的 NBED 结果。通过将测量的应变数据与使用 EDX 测量的元素浓度从 DFT 晶格参数和弹性模量计算出的数据进行比较，分析了各层的弛豫情况，从而能够通过实验数据直接验证理论计算。该分析结果令人满意，表明铟浓度低的层完全处于应变状态（测量得到的 ε_zz = 0.0037，计算得到的 ε_zz = 0.0039），而铟浓度高的层则完全松弛（测量得到的 ε_zz = 0.0222，计算得到的 ε_zz = 0.0219）。NBED、XRD 和理论预测在各自的误差范围内对 κ-(In_xGa_1−x)₂O₃ 和 κ-Ga₂O₃ 之间的应变达成一致。总体而言，通过 NBED（测量得到的 ε_zz = -0.0628）和 XRD 测量得到的 κ-Ga₂O₃ 和 Al₂O₃ 之间的应变绝对值小于根据文献晶格参数计算得到的应变值（ε_zz = -0.0716）。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0293610