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Etude de la relaxation de contraintes dans la dégradation spontanée des couches d'InAIN par les calculs atomistiques des interactions entre des défauts ponctuels
Rofka Ramdani
Tue, Sep. 27th 2022, 00:00
CIMAP Alençon, Normandie Université

Manuscrit de la thèse


Résumé :

Parmi les alliages de nitrures III-V, l'InAlN a suscité un grand intérêt technologique ces dernières années en raison de sa large bande interdite et de sa concordance de réseau avec le GaN à une composition d'indium de 18%, avec comme application une meilleure barrière pour la prochaine génération de transistors à haute mobilité électronique (HEMT). Cependant, sa qualité cristalline se dégrade avec l'augmentation de l'épaisseur.

A l’aide de la simulation numérique utilisant le potentiel empirique Stillinger-Weber, nous avons proposé un mécanisme de dégradation des couches InAlN par la ségrégation de phases (formation des clusters d’InN) basé sur la relaxation de contrainte due à l’interaction entre des éléments d’alliage (indium) et des défauts ponctuels. Le rayon de cluster le plus fovorable est de l’ordre de 6 Å. L’agrandissement de la taille de cluster peut être également expliqué par ce mécanisme de relaxation de contrainte. Le même type de comportement dans InGaN et AlGaN est aussi possible, mais avec un effet moins important voire nul. Ces résultats concordent avec les observations expérimentales.

Mots-clés : Semi-conducteur nitrures III-V, Ntéraction entre les défauts, Ségrègation de phases, Dégradation d’InAlN, Lacune d’azote, Cluster InN.

 


Study of stress relaxation in spontaneous degradation of InAlN layers by atomistic calculations of point defect interactions

Abstract:

Among the III-V nitride alloys, InAlN has attracted great technological interest in recent years due to its wide band gap and lattice matching with GaN at 18% indium composition, with the application of better barrier for the next generation of high electron mobility transistors (HEMT). However, its crystal quality degrades with increasing thickness.

With the help of numerical simulation using the empirical Stillinger-Weber potential, we have proposed a mechanism for the degradation of InAlN layers by phase segregation (InN cluster formation) based on stress relaxation due to the interaction between alloying elements (indium) and point defects. The most favorable cluster radius is of the order of 6 Å. The enlargement of the cluster size can also be explained by this stress relaxation mechanism. The same type of behavior in InGaN and AlGaN is also possible, but with less or no effect. These results are in agreement with the experimental observations.

Keywords: Nitride III-V semiconductors, InAlN, Nteraction between defects, Defects, Phases segregation, Stress relaxation, InAlN degradation, N-vacancy, Clustering, Molecular dynamics, Density functional theory.

Contact CIMAP : Jun Chen

Contact : Luc BARBIER

 

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