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我院胡元太教授团队揭示了机械加载对压电半导体结构能带的调控规律

发布者:2008拉斯维加斯3499         发布时间:2019-11-18 09:07         浏览次数:

117号,材料科学及物理学领域的TOP期刊Nano EnergyIF15.548)在线刊发了我校土木工程与力学学院胡元太教授课题组的最新研究成果Tuning electronic energy band in a piezoelectric semiconductor rod via mechanical loadingNano Energy, Vol. 66: 104147, 2019)”,胡元太教授和美国Akron大学Pan Ernian教授为论文通讯作者,其博士生杨万里为第一作者。ZnOGaN等宽带隙半导体被广泛用于压电电子/光电器件中,由于这类材料兼备压电性和半导体特征,所以通过机械加载或施放应力波可以影响其能带结构,从而实现对器件性能的有效调控。


                   

                         

胡元太教授等从力电多场耦合与载流子的交互作用分析出发,首先得到了压电半导体结构的压电势、形变与载流子之间的非线性耦合作用关系,进而基于8Hamiltonian矩阵方法,将形变势能和电势能引入导带与价带能级,由此揭示了变形与压电势场等对结构导带和价带能级(CBHHLHSO)的作用规律,为实现机械加载或弹性波动调控压电电子/光电器件的性能提供了理论基础。研究表明,外部载荷或弹性波在其作用区域附近的局部范围内所诱发的压电势场和变形场最为明显,即该区域内的形变势能与电势能最大,意味着外场在该域对导带和价带能级的影响最为强烈,调控效果最为明显。研究还发现,随着载荷增加,载流子再分布所产生的对压电势场的屏蔽效应趋强,导致外场对能带的影响减弱,并最终趋于平缓状态。进一步研究还发现,随着压力的增加,GaNZnO压电半导体结构中的重空穴带与轻空穴带容易出现反转,即从HH>LH反转为LH>HH,这些可能导致实际偏离非简并状态。

该工作得到国家自然科学基金和湖北省重点实验室项目的资助。

文章链接: https://authors.elsevier.com/c/1a12k7soS7u1S3