Defektai puslaidininkiuose: pažeistos simetrijos “agentai”

Audrius Alkauskas

Fizinių ir technologijos mokslų centras ir Kauno Technologijos Universitetas

Defektai puslaidininkiuose: pažeistos simetrijos “agentai”

Tūriniuose puslaidininkiuose ir dielektrikuose daug elektroninių procesų yra draudžiami arba labai silpni dėl atrankos taisyklių, sąlygotų kietojo kūno simetrijos. Taškiniai defektai (priemaišos, vakansijos, pakaitiniai ir tarpmazginiai atomai, kompleksai) gali būti nagrinėjamos kaip sistemos, kurios pažeidžia simetriją ir tokiu būdu daugelis draudžiamių procesų tampa leidžiami. Šie procesai gali būti naudingi, neutralūs arba žalingi galimoms puslaidininkio ar dielektriko prietaikoms praktikoje.

Per pastarąjį dešimtmetį labai ištobulėjo skaitmeniniai metodai studijuoti defektų elektroninę struktūrą [1]. Teorija galų gale pasiekė lygį, kai galimas tiesioginis lyginimas su eksperimento rezultatais. Be to, teorija suteikia mikroskopinį fizikinių procesų supratimą, dažnai leidžia pasiūlyti naujų eksperimentų ar padeda išspręsti įsisenėjusią technologinę problemą. Šiame pranešime bus aptarti du defektų puslaidininkiuose aspektai: (i) kai defektai yra naudingi ir (ii) kai jie yra žalingi. Apžvelgiant defektus, kurie naudingi galimoms prietaikoms (pvz., kvantinėje informacijoje arba nano-metrologijoje), bus nagrinėjama elektronfononinė sąveika taip vadinamuose NV centruose deimante [2,3]. Apžvelgiant defektus, kurie žalingi puslaidininkio prietaikoms, bus nagrinėjama nespindulinė rekombinacija galio nitrido šviestukuose, o taip pat pasiūlyti būdai kaip padidinti šviestukų kvantinį našumą [4,5,6].

[1] A. Alkauskas, P. Deák, J. Neugebauer, A. Pasquarello, and C. G. Van de Walle (Editors): Electronic Structure Methods. Advanced Calculations for Defects in Materials (Wiley-VCH, Berlin, 2011).

[2] D. M. Toyli, D. J. Christle, A. Alkauskas, B. Buckley, C. G. Van de Walle, and D. D. Awschalom, Phys. Rev. X 2, 031001 (2012).

[3] A. Alkauskas, B. B. Buckley, D. D. Awschalom, and C. G. Van de Walle, New J. Phys. 16, 073023 (2014).

[4] A. Alkauskas, J. L. Lyons, D. Steiauf, and C. G. Van de Walle, Phys. Rev. Lett. 109, 267401 (2012).

[5] A. Alkauskas, Q. Yan, and C. G. Van de Walle, Phys. Rev. B 90, 075202 (2014).

[6] J. L. Lyons, A. Alkauskas, A. Janotti, and C. G. Van de Walle, Phys. Status Solidi B 252, 900 (2015).