Inversionsdomänengrenzen in ZnO

Aufklärung der elektronischen Struktur und Thermodynamik mit Hilfe von DFT Rechnungen

04.02.2021 von J. Rohrer

Wir haben die atomare und elektronische Struktur sowie die chemische Zusammensetzung von ZnO-Bikristallproben mit {0001} Inversionsdomänengrenzen (IDB) mit Hilfe von Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie untersucht. Die Rechnungen zeigen, dass thermodynamisch bevorzugte IDBs durch vollständig (4-fach) koordinierte Atome gekennzeichnet sind und relativ geringe Grenzflächenenergien im Bereich von 45 bis 95 meV / Å^2 besitzen,l. Die elektronischen Eigenschaften des IDB weichen nur schwach von denen des volummenmaterials ab und sind gegenüber Druck- und Zugspannungen eher unempfindlich. Unsere Ergebnisse zeigen, dass experimentell beobachtete piezotronische Eigenschaften von Bikristallen keine intrinsische Eigenschaft des unberührten GB selbst sind, sondern Defekten, Verunreinigungen oder Dotierstoffen stammen. DIe hier identifizierten Niedrigenergiestrukturmodelle können auch auf andere IDBs vom wz- oder zb-Typ (z. B. GaN, AlN, SiC usw.) übertragbar sein.