【外延论文】α-Al₂O₃(0001) 衬底上 Ga₂O₃ 多晶型物的结构稳定性：基于表面能与界面能的机理研究

        由日本三重大学（国外）研究团队在学术期刊 Journal of Applied Physics 发布了一篇名为 Structural stability of Ga₂O₃ polymorphs on α-Al₂O₃(0001) substrates: Insights from surface and interface energies（α-Al₂O₃(0001) 衬底上 Ga₂O₃ 多晶型物的结构稳定性：基于表面能与界面能的机理研究）的文章。

摘要

        该团队采用密度泛函理论计算，对生长在 α-Al₂O₃(0001) 基底上的 Ga₂O₃ 薄膜的结构稳定性进行了系统研究，特别关注界面能、表面稳定性和应变松弛效应。对 α-Ga₂O₃/Al₂O₃ 界面的计算结果表明，在广泛的镓化学势范围内，α-Ga₂O₃/α-Al₂O₃ 界面在能量上比相应的 β 相界面更有利，这表明在蓝宝石基底上 α 相成核具有强烈的热力学驱动力。通过考虑滑移面的生成，进一步研究了晶格失配的影响。尽管应变松弛降低了弹性能，但滑移面的引入增加了界面能，凸显了应变释放与缺陷形成之间的竞争。表面能计算揭示，羟基（OH）终止显著稳定了 α-Ga₂O₃ 表面，强调了在富含羟基的生长环境（如雾气化学气相沉积）下表面化学的重要性。结合计算得到的界面能和表面能，将 Ga₂O₃ 薄膜的自由能表示为薄膜厚度的函数。分析表明，由于 α 相的界面能较低，其在超薄状态下得以稳定，而随着厚度的增加，应变松弛和稳定性则更有利于 β 相。表面羟基化进一步改变了相变的临界厚度。这些发现为 α-Al₂O₃(0001) 上 Ga₂O₃ 异质外延过程中的相选择和界面稳定性提供了基础见解，并为优化薄膜生长条件提供了实用指导。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0338617