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应力场作用下低维金属氧化物半导体的原位原子尺度结构演变

2022-04-28

 

金属氧化物半导体(MOS)广泛应用于光电器件的功能部件和连接件。随着器件尺寸的减小,器件中的机械应变会引起弹性或塑性变形,不可避免地影响MOS的原子与电子结构,可能导致器件的失效。目前多数的实验主要针对材料弹性变形范围内的结构功能关联性开展研究,对塑性变形机制特别是缺陷动力学的认识还远未完善。此外,受限于现在的实验技术手段,对于机械应力下缺陷演化的研究严重依赖于理论预测。

近日,武汉大学物理科学与技术学院王建波教授、郑赫副教授课题组在Journal of Semiconductors上发表了题为“Structural evolution of low-dimensional metal oxide semiconductors under external stress”的综述文章,文章第一作者为赵培丽博士与李雷博士。文章回顾了关于低维MOS的弹性性能(如杨氏模量等)研究的进展,报道了课题组近期针对低维MOS在非弹性应变下的原位原子尺度结构表征方面的工作:利用透射电子显微技术(1)澄清了CuO纳米线中室温点缺陷(氧空位)的原子尺度迁移机理,揭示了点缺陷可逆迁移诱导的从CuO到CuO0.67的可逆结构相变机理以及滞弹性行为(图1);(2)阐明了量子限域ZnO从纤锌矿(WZ)结构到体心四方(BCT)结构再到类石墨(h-MgO)结构的相变机制,进一步探讨了尺寸及应变对其结构稳定性的影响(图2)。这些结果为基于MOS的结构与功能纳米部件的合理优化设计提供实验依据。

图1.(a)CuO纳米线滞弹性变形过程的示意图;(b)CuO0.67结构的高分辨图像,插图为虚线部分的快速傅里叶变换图;(c)压缩应力释放后,纳米线从CuO0.67到CuO结构的可逆相变;(d-f)CuO纳米线中氧空位迁移可能的三种路径。

图2. ZnO纳米线的(a-c)可逆结构相变及(d-f)对应的分子动力学模拟;(g)应变为0%和7%时,ZnO纳米线结构随纳米线宽度和厚度的变化。

Structural evolution of low-dimensional metal oxide semiconductors under external stress

Peili Zhao, Lei Li, Guoxujia Chen, Xiaoxi Guan, Ying Zhang, Weiwei Meng, Ligong Zhao, Kaixuan Li, Renhui Jiang, Shuangfeng Jia, He Zheng, Jianbo Wang

J. Semicond. 2022, 43(4): 041105

doi: 10.1088/1674-4926/43/4/041105

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/4/041105

来源:半导体学报2022年第4期—半导体材料与器件的原位表征专题



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