氮化镓

了解和记录一下氮化镓材料的特性。

结构

使用pymatgen和Materials Project中的材料数据绘制能带图。其中mp-804(1.73eV)如下所示：


以及mp-830(1.57eV)如下所示：

python代码如下

# from pymatgen.ext.matproj import MPRester
from mp_api.client import MPRester
from pymatgen.electronic_structure.bandstructure import BandStructureSymmLine
from pymatgen.electronic_structure.plotter import BSPlotter

# 创建一个MPRester对象，用于从Materials Project数据库获取数据
mpr = MPRester("api_key")

# 获取硅的晶体结构
si = mpr.get_structure_by_material_id("mp-149")

GaN804 = mpr.get_bandstructure_by_material_id("mp-804")
GaN830 = mpr.get_bandstructure_by_material_id("mp-830")

# 绘制能带结构
plotter804 = BSPlotter(GaN804)
plotter830 = BSPlotter(GaN830)
plt = plotter804.get_plot()
plt1 = plotter830.get_plot()

持久性光电导

氮化镓的持久性光电导（Persistent Photoconductivity）是指材料在受到光照射后，即使在光源移除后，其电导率也能保持一段时间的改变。这种特性使得氮化镓在光电探测器和光存储器件等领域具有潜在的应用价值。

氮化镓的持久性光电导特性主要归因于材料中的载流子陷阱。当氮化镓受到光照射时，光子能量可以激发电子从价带跃迁到导带，产生自由电子和空穴。这些自由载流子在电场的作用下移动，导致电导率的增加。然而，在氮化镓中，一些载流子可能会被材料中的缺陷态（如空位、间隙等）所捕获，形成所谓的陷阱。

当光源移除后，虽然大部分自由载流子会重新与空穴复合，但由于陷阱的存在，一些载流子会被长时间存储在陷阱中，这样就保持了电导率的改变。这种载流子在陷阱中的存储可以持续很长时间，从几分钟到几小时甚至更长，这取决于材料的具体特性和环境条件。

氮化镓的持久性光电导特性使其在需要长时间数据保持的光电探测器和光存储器件中非常有用。例如，它可以用于开发光触发或光控制的可持久的电子器件，这些器件在光信号移除后仍能保持其状态，直到被新的光信号或电信号所改变。

调控手段

氮化镓（GaN）的持久性光电导特性可以通过多种手段进行调制，以适应不同的应用需求。以下是一些常用的方法：

• 合金掺杂：通过在氮化镓中掺杂其他元素（如铟、铝、锡等），可以改变氮化镓的能带结构和载流子浓度，从而调节其光电导特性。
• 表面和界面工程：通过改变氮化镓的表面态或界面特性，可以影响载流子在材料中的行为。例如，使用适当的表面钝化技术可以减少陷阱态的数量，从而减少持久性光电导效应。
• 应力工程：通过引入应变或应力到氮化镓材料中，可以改变其能带结构和电子性质，进而影响其光电导特性。
• 异质结构设计：通过设计氮化镓与其他半导体材料（如氮化铝、硫化镉等）的异质结构，可以形成量子阱或量子点，这些结构可以有效地调节氮化镓的能带和载流子特性。
• 施加电场：通过外部施加电场，可以控制氮化镓中的载流子分布和迁移，从而调节其光电导特性。
• 光照条件：通过控制光照的强度、持续时间、波长等参数，可以调节氮化镓中的载流子产生和复合过程，进而影响其持久性光电导特性。
• 温度控制：温度会影响载流子的迁移率和陷阱态的特性，因此通过控制温度可以调节氮化镓的光电导特性。
• 化学和热处理：通过化学处理（如湿法刻蚀、离子注入等）或热处理，可以改变氮化镓的表面和界面特性，影响其持久性光电导特性。

其中，关于电场调控主要分为以下几点：

• 载流子漂移：在施加电场的情况下，氮化镓中的载流子（电子和空穴）会受到电场力的作用，从而在材料中产生漂移运动。这种运动增加了载流子的有效浓度，从而增强了光电导性。
• 载流子分离：电场可以促进电子和空穴的分离，减少载流子的复合，使得更多的载流子参与到光电导过程中，从而提高光电导响应。
• 能带结构调整：电场的存在会改变氮化镓的能带结构，导致价带顶和导带底的位置移动。这种移动会影响载流子的产生和复合，进而影响光电导特性。
• 陷阱态影响：电场可以改变氮化镓中陷阱态的特性，如电荷状态和能级位置。这对于控制载流子在陷阱态中的存储和释放过程至关重要，从而影响光电导的持久性。
• 表面态调控：电场可以影响氮化镓表面的态密度，改变表面缺陷态的性质，影响载流子在表面的行为，进而影响光电导特性。
• 载流子寿命：电场可以影响氮化镓中载流子的寿命，这是因为电场会加速载流子的复合过程。通过控制电场强度，可以调节载流子的寿命，从而影响光电导特性。