Нелинейные пьезоэлектрические эффекты в полярных полупроводниках - Non linear piezoelectric effects in polar semiconductors - Wikipedia

Нелинейные пьезоэлектрические эффекты в полярных полупроводниках являются проявлением того, что вызванная деформацией пьезоэлектрическая поляризация зависит не только от произведения пьезоэлектрических коэффициентов первого порядка на компоненты тензора деформации, но также и от произведения пьезоэлектрических коэффициентов второго порядка (или выше) на произведения компонент тензора деформации. Идея была выдвинута для полупроводников GaAs и InAs с цинковой обманкой с 2006 года, а затем распространена на все обычно используемые вюрцит и цинковая обманка полупроводники. Учитывая сложность нахождения прямых экспериментальных доказательств существования этих эффектов, существуют разные школы мысли о том, как можно надежно вычислить все пьезоэлектрические коэффициенты.^[1]С другой стороны, широко распространено мнение о том, что нелинейные эффекты довольно велики и сравнимы с линейными членами (первый порядок). Косвенные экспериментальные доказательства существования этих эффектов были представлены в литературе в отношении полупроводниковых оптоэлектронных устройств на основе GaN и InN.

История

О нелинейных пьезоэлектрических эффектах в полярных полупроводниках впервые сообщили в 2006 г. Г. Бестер и др.^[2] и M.A. Migliorato et al.,^[3] в связи с цинковая обманка GaAs и InAs. В основополагающих статьях использовались разные методы, и хотя влияние пьезоэлектрических коэффициентов второго (и третьего) порядка в целом считалось сопоставимым с первым порядком, полностью ab initio и тем, что в настоящее время известно как модель Харрисона,^[4] по-видимому, предсказал несколько иные результаты, особенно для величины коэффициентов первого порядка.

Формализм

А пьезоэлектрические коэффициенты первого порядка имеют вид e_ij, коэффициенты второго и третьего порядков представлены в виде тензора более высокого ранга, выраженного как e_ijk и е_ijkl. В этом случае пьезоэлектрическая поляризация будет выражена в терминах произведений пьезоэлектрических коэффициентов и составляющих деформации, произведений двух составляющих деформации и произведений трех составляющих деформации для первого, второго и третьего приближения соответственно.

Доступные нелинейные пьезоэлектрические коэффициенты

С 2006 года на эту тему было опубликовано еще много статей. Нелинейные пьезоэлектрические коэффициенты теперь доступны для многих различных полупроводниковых материалов и кристаллических структур:

• цинковая обманка GaAs и InAs при псевдоморфной деформации^[5] с использованием модели Харрисона
• цинковая обманка GaAs и InAs, для любой комбинации компонентов диагональной деформации,^[6] с использованием модели Харрисона
• Все обычные полупроводники III-V в цинковая обманка структура ^[7] используя ab initio
• GaN, AlN, Гостиница в Кристаллическая структура вюрцита,^[8] с использованием модели Харрисона
• GaN, AlN, Гостиница в Кристаллическая структура вюрцита,^[9] используя ab initio
• ZnO в Кристаллическая структура вюрцита,^[10] с использованием модели Харрисона
• Кристаллическая структура вюрцита GaN, InN, AlN и ZnO,^[11] используя ab initio
• Кристаллическая структура вюрцита GaAs, InAs, GaP и InP,^[12] с использованием модели Харрисона

Экспериментальные доказательства

Особенно для III-N полупроводники, влияние нелинейных пьезоэлектричество обсуждалось в контексте светодиоды:

• Влияние внешнего давления ^[13]
• Повышенная эффективность ^[14]

Смотрите также

• Пьезотроника
• Пьезоэлектричество
• Светодиод
• Кристаллическая структура вюрцита

Рекомендации

1. Мильорато, Макс; и другие. (2014). «Обзор нелинейного пьезоэлектричества в полупроводниках». Материалы конференции AIP. 1590: 32–41. Bibcode:2014AIPC.1590 ... 32M. Дои:10.1063/1.4870192.
2. Бестер, Габриэль; X. Wu; Д. Вандербильт; А. Зунгер (2006). «Важность пьезоэлектрических эффектов второго порядка в полупроводниках с цинковой обманкой». Письма с физическими проверками. 96 (18): 187602. arXiv:cond-mat / 0604596. Bibcode:2006ПхРвЛ..96р7602Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.96.187602. PMID  16712396.
3. Мильорато, Макс; Д. Пауэлл; А.Г. Куллис; Т. Хаммершмидт; Г.П. Шривастава (2006). «Состав и деформационная зависимость пьезоэлектрических коэффициентов в сплавах InxGa1-xAs». Физический обзор B. 74 (24): 245332. Bibcode:2006ПхРвБ..74х5332М. Дои:10.1103 / PhysRevB.74.245332.
4. Харрисон, Уолтер (1989). Электронная структура и свойства твердых тел.. Нью-Йорк: Dover Publications Inc.
5. Гарг, Раман; А. Хюэ; В. Хакша; М. А. Мильорато; Т. Хаммершмидт; Г.П. Шривастава (2009). «Возможность настройки пьезоэлектрических полей в напряженных полупроводниках AIIIBV». Appl. Phys. Латыш. 95 (4): 041912. Bibcode:2009АпФЛ..95д1912Г. Дои:10.1063/1.3194779.
6. Це, Джеффри; J. Pal; У. Монтеверде; Р. Гарг; В. Хакша; М. А. Мильорато; С. Томич (2013). «Нелинейное пьезоэлектричество в полупроводниках GaAs и InAs с цинковой обманкой». J. Appl. Phys. 114 (7): 073515. Bibcode:2013JAP ... 114g3515T. Дои:10.1063/1.4818798.
7. А. Бейя-Ваката; и другие. (2011). «Пьезоэлектричество первого и второго порядка в полупроводниках AIIIBV». Phys. Ред. B. 84 (19): 195207. Bibcode:2011ПхРвБ..84с5207Б. Дои:10.1103 / PhysRevB.84.195207.
8. Приятель, Джойдип; Г. Це; В. Хакша; M.A. Migliorato; С. Томич (2011). «Нелинейное пьезоэлектричество в полупроводниках GaAs и InAs с цинковой обманкой». Phys. Ред. B. 84 (8): 085211. Bibcode:2011ПхРвБ..84х5211П. Дои:10.1103 / PhysRevB.84.085211.
9. Л. Педессо; К. Катан; Дж. Эвен (2012). «О переплетении электрострикции и нелинейного пьезоэлектричества в нецентросимметричных материалах» (PDF). Appl. Phys. Латыш. 100 (3): 031903. Bibcode:2012АпФЛ.100c1903P. Дои:10.1063/1.3676666.
10. Аль-Захрани, Ханан; J.Pal; М.А.Миглиорато (2013). «Нелинейное пьезоэлектричество в полупроводниках из вюрцита ZnO». Нано Энергия. 2 (6): 1214–1217. Дои:10.1016 / j.nanoen.2013.05.005.
11. Пьер-Ив Продомм; Анни Бейя-Ваката; Габриэль Бестер (2013). «Нелинейное пьезоэлектричество в вюрцитных полупроводниках». Phys. Ред. B. 88 (12): 121304 (R). Bibcode:2013ПхРвБ..88л1304П. Дои:10.1103 / PhysRevB.88.121304.
12. Аль-Захрани, Ханан; J.Pal; M.A. Migliorato; Г. Це; Дапенг Ю (2015). «Пьезоэлектрическое усиление поля в нанопроводах типа сердечник-оболочка III-V». Нано Энергия. 14: 382. Дои:10.1016 / j.nanoen.2014.11.046.
13. Кратчли, Бенджамин; И. П. Марко; С. Дж. Суини; J. Pal; М.А.Миглиорато (2013). «Оптические свойства светодиодов на основе InGaN исследованы с использованием методов, зависящих от высокого гидростатического давления». Физика Статус Solidi B. 250 (4): 698–702. Bibcode:2013PSSBR.250..698C. Дои:10.1002 / pssb.201200514.
14. Приятель, Джойдип; М. А. Мильорато; К.-К. Ли; Ю.-Р. Ву; Б. Г. Кратчли; И. П. Марко; С. Дж. Суини (2000). «Повышение эффективности светодиодов на основе InGaN за счет управления деформацией и пьезоэлектрическим полем». J. Appl. Phys. 114 (3): 073104. Bibcode:2000ЖЧФ.113..987С. Дои:10.1063/1.481879.