Нелинейные пьезоэлектрические эффекты в полярных полупроводниках

Нелинейные пьезоэлектрические эффекты в полярных полупроводниках являются проявлением того, что вызванная деформацией пьезоэлектрическая поляризация зависит не только от произведения пьезоэлектрических коэффициентов первого порядка на компоненты тензора деформации, но также от произведения пьезоэлектрических коэффициентов второго порядка (или выше) на произведения компонент тензора деформаций. Идея была выдвинута экспериментально для гетероструктур CdTe из цинковой обманки в 1992 г. Это было подтверждено в 1996 году применением гидростатического давления к тем же гетероструктурам. и было обнаружено согласие с результатами подхода ab initio, но также и к простому расчету с использованием того, что в настоящее время известно как модель Харриссона. Затем идея была расширена ко всем широко используемым вюрцита и цинковой обманки полупроводникам . Учитывая сложность поиска прямых экспериментальных доказательств существования этих эффектов, существуют разные школы мысли о том, как можно надежно рассчитать все пьезоэлектрические коэффициенты. С другой стороны, широко распространено мнение о том, что нелинейные эффекты довольно велики и сравнимы с линейными членами (первого порядка). Косвенные экспериментальные подтверждения существования этих эффектов имеются и в литературе применительно к полупроводниковым оптоэлектронным устройствам GaN и InN.

История

Нелинейные пьезоэлектрические эффекты в полярных полупроводниках впервые были описаны в 1996 году Р. Андре и др. в теллуриде кадмия из цинковой обманки, а затем G.Bester et al. в 2006 году и М.А. Мильорато и др., по отношению к цинковым обманкам GaAs и InAs . Были использованы различные методы, и хотя влияние пьезоэлектрических коэффициентов второго (и третьего) порядка в целом было признано сопоставимым с влиянием первого порядка, полностью ab initio и простыми подходами с использованием модели Харрисона, похоже, предсказывал несколько иные результаты, особенно в отношении величины коэффициентов первого порядка.

Формализм

В то время как пьезоэлектрические коэффициенты первого порядка имеют форму e _ij , коэффициенты второго и третьего порядка имеют форму тензора более высокого ранга, выраженного как e _ijk и e _ijkl . Тогда пьезоэлектрическая поляризация будет выражаться через произведения пьезоэлектрических коэффициентов и компонентов деформации, произведения двух компонентов деформации и произведения трех компонентов деформации для первого, второго и третьего порядка приближения соответственно.

Доступные нелинейные пьезоэлектрические коэффициенты

На эту тему было опубликовано еще много статей. Нелинейные пьезоэлектрические коэффициенты теперь доступны для многих различных полупроводниковых материалов и кристаллических структур:

• цинковая обманка CdTe, эксперименты (при псевдоморфной деформации и гидростатическое давление ) и теория (ab initio и используя модель Харрисона )
• цинковая обманка GaAs и InAs в условиях псевдоморфной деформации, используя модель Харрисона
• цинковая обманка GaAs и InAs, для любого сочетания компонентов диагональной деформации, используя модель Харрисона
• Все распространенные полупроводники III-V в цинковой обманки. структуре используя с самого начала
• GaN , AlN, InN в кристаллической структуре вюрцита , используя модель Харрисона
• GaN , AlN, InN в кристаллической структуре вюрцита , используя с самого начала
• ZnO в кристаллической структуре вюрцита , используя модель Харрисона
• Кристаллическая структура вюрцита GaN, InN, AlN и ZnO, используя с самого начала
• Кристаллическая структура вюрцита GaAs, InAs, GaP и InP, используя модель Харрисона

Нелинейное пьезоэлектричество в устройствах

В частности, для полупроводников III-N влияние нелинейного пьезоэлектричества обсуждалось в контексте светодиодов :

• Влияние внешнего давления
• Повышенная эффективность

См. также

• Пьезотроника
• Пьезоэлектричество
• Светодиод
• Кристаллическая структура вюрцита