Instytut Wysokich Ciśnień

Zespół fizyków z Laboratorium Fizyki Półprzewodników Azotkowych (NL-2) naszego Instytutu - Stanisław Krukowski, Pawel Kempisty, Pawel Strak - opublikował artykuł przeglądowy zatytułowany „Charge control of semiconductor surfaces as elucidated by ab initio calculations – A review”  Progress in Surface Science 101(1), 100809 (2026), https://doi.org/10.1016/j.progsurf.2025.100809.

W pracy przeglądowej przedyskutowano postęp badań oraz pojawienie się nowych koncepcji naukowych w badaniach nad rolą ładunku na powierzchniach półprzewodników w ciągu ostatnich 15 lat. Warto podkreślić, że dominująca część wyników została osiągnięta dzięki pracy koncepcyjnej oraz obliczeniowej i analitycznej naukowców IWC PAN. Gratulujemy i zachęcamy do lektury tego artykułu przeglądowego!

Przegląd obejmuje nowe metody i zjawiska fizyczne :

1. metody obliczeniowe: poprawka Laplace’a – usunięcie nie fizycznego odziaływania kolejnych kopii slabu wymuszanego przez periodyczne warunki brzegowe
2. kontrola elektryczna układu: pinning poziomu Fermiego na obydwu powierzchniach slabu – wymuszanie pola elektrycznego  w slabie
3. analiza danych: rzutowana gęstość stanów (PDOS) - rozkład potencjału elektrycznego w slabie
4. analiza danych: hamiltonowska populacja orbitali krystalicznych (COHP) – identyfikacja wiązań chemicznych w układzie
5. separacja podukładów kwantowych przy modelowaniu adsorpcji – zidentyfikowano nie fizyczny transfer ładunku w izolowanych podukładach kwantowych w metodach ab initio
6. wkład transferu ładunku miedzy poziomami kwantowymi do energii adsorpcji – pinning poziomu Fermiego na powierzchni półprzewodników
7. warstwa dipolowa powierzchniowa wewnętrzna - zaginanie pasm elektronowych
8. warstwa dipolowa powierzchniowa zewnętrzna - praca wyjścia
9. termalizacja adsorbatu (utrata energii kinetycznej adsorbatu) – tunelowanie elektronów z adsorbatu do wnętrza kryształu
10. dystrybucja ładunku na powierzchni (reguła zliczania elektronów (ECR)) - określenie periodu rekonstrukcji powierzchni półprzewodników
11. role statystyk kwantowych w dyfuzji klasycznej – wpływ poziomu Fermiego na energie stanów równowagowych i stanu przejściowego, czyli wysokość barier na dyfuzję
12. wiązanie rezonansowe - wyjaśnienie struktury pasmowej azotków i jej związku z symetriami  sieci krystalicznej
13. wkład energii drgań do energii swobodnej adsorbatu – zależność  energii swobodnej adsorbatu od temperatury
14. wyznaczenie termodynamicznie stabilnych pokryć adsorbatów powierzchni półprzewodników – potencjały chemiczne adsorbatu i fazy gazowej
15. wyznaczanie profili pasm elektronowych w układach 2-D gazu elektronowego (2DEG) na interfejsach polarnych GaN/AlN – wyznaczanie lokalizacji ładunku metodami ab initio.

Rysunek: Profil DOS w przestrzeni dla różnych atomów pseudowodoru użytych do pasywacji zarówno strony azotowej GaN, jak i strony aluminiowej AlN powierzchni slabu GaN/AlN: (a) Z_N = 0,733 i Z_Al = 1,260, (b) Z_N = 0,733 i Z_Al = 1,380. z ref. Przedruk z rys. 3 [S. Zoino, L. Borowik, B. Mohamad, E. Nowak, P. Kempisty, Ab initio investigations of two-dimensional gas at interfaces in GaN/AlN and GaN/AlN/Al2O3 heterostructures, J. Appl. Phys., 134 (2023), artykuł 155304, 10.1063/5.0169332]., J. Appl. Phys., 134 (2023), 155304, 10.1063/5.0169332].