Intrinsische Defekte in kubischem NaNbO3
Fermi Level Engineering von Antiferroelektrika
28.07.2022 von K. Albe
Das antiferroelektrische NaNbO3 ist ein Kandidatl für die Anwendung in dielektrischen Kondensatoren mit hoher Energiedichte. Mit verschiedenen Dotierungsstrategien versuch man, das gewünschte hysteresarme Polarisationsverhalten in diesem bleifreien Material einzustellen. Kontrolliertes Dotieren erfordert jedoch ein detailliertes Verständnis der Physik intrinsischer Defekte.
Bildungsenergien, Defektübergangsniveaus und das Dotierungsverhalten von intrinsischen Defekten in kubischem NaNbO3 wurden mittels Dichtefunktionaltheorie (DFT) mit einem hybriden Austauschkorrelationsfunktional (HSE06) bestimmt.
Es zeigt sich, dass Nb-Leerstellen hohe Bildungsenergien aufweisen, während die Bildungsenergien von Na- und O-Leerstellen relativ klein sind. Unter Na-armen/O-reichen Bedingungen sind die Bildungsenergien von Na-Leerstellen am niedrigsten, während unter allen anderen Bedingungen die Bildungsenergien von O-Leerstellen am kleinsten sind. Die Berechnung des Fermi-Niveaus zeigt, dass der Halbleiter unter Na-armen/O-reichen Bedingungen eher zum ??-Typ tendiert, während unter allen anderen Bedingungen das Fermi-Niveaul näher am CBM liegt, was zu einem ??- führt. Typ Halbleiter. Darüber hinaus zeigt die Untersuchung der Abhängigkeit der Defektkonzentrationen und des Fermi-Niveaus als Funktion des Sauerstoffpartialdrucks, dass das Donatorverhalten des Systems mit zunehmendem Sauerstoffpartialdruck abgeschwächt wird. Schließlich wurde festgestellt, dass die Bindungsenergie des aus zwei Na‐Leerstellen und einer O‐Leerstelle gebildeten Komplexes negativ ist, was darauf hindeutet, dass Defektkomplexe in relativ großen Konzentrationen vorhanden sein und daher die PE‐Schleifen beeinflussen könnten. Wir weisen darauf hin, dass bisher nur Dotierstoff-Fehlstellen-Komplexe als Einflussfaktor vorgeschlagen wurden. Dies erfordert eine vertiefte Untersuchung von Defektkomplexen, insbesondere von geladenen Komplexen aus intrinsischen und extrinsischen Defekten, die durch das Einbringen von Dipolen in das System entscheidend sein können
