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第一原理計算に基づいたp型半導体材料の設計と探索

基于第一性原理计算的p型半导体材料的设计与探索

基本信息

批准号：
20J23137
负责人：
我毛智哉
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J23137/
关键词：
第一原理計算ワイドギャップ半導体点欠陥ドーピング

项目摘要

本研究では、高精度第一原理計算を用いて、酸化物半導体をp型化するための設計指針を構築すると同時に、革新的なp型酸化物半導体の探索を行うことを目的とした。数十種類の酸化物半導体の候補を対象とした体系的調査の結果、価電子帯が純粋な酸素のp軌道によって形成される系をp型化することは、極めて困難であることが示唆された。この知見に基づき、カチオンや酸素以外のアニオンの軌道が価電子帯の酸素の軌道と混成するような系等に焦点を当て、p型化可能性に関する検討を行った。その結果、以下の3つの結論が得られた。(i) 価電子帯上部が主に酸素のp軌道以外から形成される系では自己束縛正孔が不安定になりやすい。(ii) 軌道の混成は必ずしも酸素空孔の形成を抑制せず、他のドナー型欠陥によるキャリア補償も問題になる。(iii) 軌道の混成は浅いアクセプター準位の形成という点でも有効である。(ii) のドナー型欠陥によるキャリア補償を抑制する因子を特定するためには、比較的大きな格子間空隙にカドミウムが容易に入り込むLa2CdO2Se2 (Journal of Materials Chemistry C 2022) のような明瞭な場合を除いて、さらなる検討が必要であることを指摘した。また、実験研究者の協力により、新規4元系オキシサルファイドとオキシセレナイドの発見に成功した。これらの物質の価電子帯上部は主にカルコゲンのp軌道によって形成され、自己束縛正孔はいずれの系でも不安定であった。酸素空孔はオキシセレナイドでは比較的形成され難いが、オキシサルファイドではキャリア補償の原因となった。オキシセレナイド中のいくつかのドーパントは、比較的形成エネルギーの低い浅いアクセプターになることがわかった。これらの結果から、新たに発見されたオキシセレナイドは、ワイドギャップp型半導体の有望な候補であることを提案した。

This study aims to construct design guidelines for p-type acidified semiconductors using high-precision first-principle calculations and to explore innovative p-type acidified semiconductors. As a result of the investigation of candidate systems for dozens of kinds of acid semiconductors, the formation of p-orbitals for pure acids in the electron spectrum is difficult. This knowledge is related to the possibility of p-type transformation, such as the existence of a basic electron, an electron, and an electron. The results and conclusions of the following three points are obtained. (i)The upper part of the electron band is formed outside the p orbital of the main element, and the system is unstable due to its own binding hole. (ii)Orbital hybrid must be exposed to the formation of acid voids, other types of defects, such as the problem of compensation (iii)The orbit hybrid has a shallow position and a low position. (ii)For example, if the type of defect is large, the space between the lattice is large, and the defect is small, the space between the lattice is large, and the defect is small, and the space between the lattice is large. The new four-element system has been successfully developed through collaborative efforts by researchers. The upper part of the electron band of the substance is unstable due to the formation of p orbitals and the binding of p orbitals. The reason why the acid hole is formed and compensated is that the acid hole is formed and compensated. In the middle of the game, there is a big difference between the two. The results of this study are as follows: