Understanding the role of threading dislocations on 4H-SiC MOSFET breakdown under high temperature reverse bias stress
研究了4 H-SiC MOSFET在高温反向偏置（HTRB）应力作用3个月后发生介质击穿的原因。对失效器械的局部检查表明，在击穿位置存在螺纹位错（TD）。先进的高空间分辨率扫描探针显微镜（SPM）技术突出了介电击穿的纳米级起源。特别是，SPM揭示了TD的导电性质和接近缺陷的少数载流子浓度的局部增加。数值模拟估计的空穴浓度比理想的4 H-SiC晶体大13个数量级。在器件的特定区域中的空穴注入解释了应力下栅极氧化层的失效。通过这种方式，TD在4 H-SiC MOSFET的介质击穿中的关键作用得到了明确的证明。
2020-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Microscopic crystallographic analysis of dislocations in molecular crystals
针对分子晶体中位错分析受电子辐照剂量限制的难题，提出低剂量单次曝光方法，实现纳米级分辨率的单个位错特征与滑移系分析。
2023-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulation study of mechanical properties of 3C-SiC with extended defects
V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院 V. 拉什卡拉里夫半导体物理研究所）；Educational Scientific Institute of High Technologies, Taras Shevchenko National University of Kyiv（基辅塔拉斯舍甫琴科国立大学高等技术教育科学研究所）；National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”（乌克兰国立技术大学“伊戈尔·西科尔斯基基辅理工学院”）
本研究利用Vashishta势和ABOP势进行大尺度分子动力学模拟，探讨扩展缺陷对3C-SiC弹性能的影响，量化不同缺陷浓度下C11、C12和C44常数的变化，并计算不同缺陷类型和浓度下的有效体积模量、剪切模量和杨氏模量。
2026-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Assessing the potential of perfect screw dislocations in SiC for solid-state quantum technologies
本文通过第一性原理计算发现3C-SiC中螺位错可吸引双空位形成一维阵列，并调制其电子态和电荷转变能级，从而将位错从有害缺陷转变为量子计算中的主动构建模块。
2023-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
MultiShifter: software to generate structural models of extended two-dimensional defects in 3D and 2D crystals
晶体中的扩展缺陷，如位错、堆垛层错和晶界，在决定各种材料性能方面起着至关重要的作用。扩展的缺陷也可以导致二维材料中的新的电子特性，正如最近在扭曲的石墨烯双层中发现的电子现象所证明的那样。本文介绍了几种用于第一性原理电子结构计算的二维扩展缺陷晶体学模型的构建方法，包括（i）用于断裂研究的参数化广义内聚带模型和位错的介观模型的晶体学模型和（ii）扭曲双层的晶体学模型。这些方法在一个名为MultiShifter的开源软件包中实现。
2021-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Stability of undissociated screw dislocations in zinc-blende covalent materials from first principle simulations
用第一性原理计算研究了金刚石、Si、$β$ -SiC、Ge和GaAs等几种锌基材料的完全螺位错的性质。对于几乎所有的元素，属于洗牌集平面的核心配置是有利的，与低温实验一致。仅对于金刚石，滑移构型具有最低的缺陷能量，这要归功于核心中的sp $^2$杂化。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Origin and nature of killer defects in 3C-SiC for power electronic applications by a multiscale atomistic approach
在Si上外延生长的3C-SiC显示出大量的扩展缺陷。特别是，单，双和三重堆垛层错（SF）在几个实验中观察到共存。尽管3C-SiC/Si具有理想的性能（主要是宽禁带、高击穿电场和热性能）以及直接集成到Si技术中的可能性，但迄今为止，过多的缺陷限制了3C-SiC/Si在电力电子领域的开发。在这里，我们使用多尺度的方法，基于经典的分子动力学（MD）模拟和第一性原理计算，深入研究最常见的3C-SiC/Si（001）扩展缺陷的起源，性质和性能。我们的MD模拟揭示了一个自然的路径形成的部分位错复合物终止双和三重SF的。MD结果被用作高级DFT计算的输入，使我们能够更好地确定核心结构，并调查电子性质。事实证明，部分位错复合物终止双和三重SF负责引入电子状态显着填充的差距。另一方面，个别部分位错终止单SF只诱导状态非常接近的间隙边缘。我们得出结论，部分位错复合体，特别是最丰富的三重，有利于漏电流方面的杀手缺陷。来自理论/模拟设计的策略，以降低其发生的建议进行了讨论。
2020-02-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ripplocations in Layered Materials: Sublinear Scaling and Basal Climb
涟波定位是层状材料特有的晶体学缺陷，结合了纳米级的分层和基底位错的晶体学滑移。在这里，我们研究了基底位错和ripplocations，在单一和多个范德华层，使用分析和计算技术。推导出了表面波纹的能量和结构标度因子的表达式，它们与经典地毯破裂的物理性质密切对应。我们的模拟表明，最低的能量结构的分层材料中的位错堆积是ripplocation，而大的位错堆积在块状石墨表现出多层分层，曲率和空隙。这可以为在辐照石墨中看到的大体积膨胀提供简明的解释。
2021-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ab Initio Models of Dislocations
本章回顾了位错从头算模型的不同方法。这种模拟现在经常被用来研究位错核心，即在紧邻线缺陷的区域，晶体是如此强烈的扭曲，需要一个原子的描述。这个核心区域控制着位错的一些基本特性，比如它们在不同晶面中滑动的能力。基于密度泛函理论的从头计算提供了一种预测方法来模拟这个核心区域。由于位错打破了晶体的周期性，并诱导长程弹性场，几个特定的方法依赖于不同的边界条件已经开发出来，以允许这些缺陷的模拟细胞具有兼容的从头计算的大小的原子模型。我们描述了这些不同的方法，可以用来研究位错从头计算和介绍不同的分析，目前进行的核心结构的特征，然后讨论如何有意义的能量特性可以从这样的模拟提取。
2019-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the growth interface shape on the defect characteristics in the facet region of 4H-SiC single crystals
采用物理气相输运（PVT）技术，采用不同的绝缘材料生长了两个75 mm的4 H-SiC单晶。较高导热系数的绝热材料导致径向温度梯度增大。使用原位计算机断层成像（CT）监测生长前沿的演变。在较低的径向温度梯度下，生长界面会略微弯曲，形成较大的晶面，而在较大的径向温度梯度下，则形成较小的晶面和较陡的晶体侧面。微管偏转横向陡峭的晶体侧翼上的大表面台阶和减少60%的线程边缘位错揭示了KOH缺陷蚀刻。
2019-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption-controlled growth of La-doped BaSnO3 by molecular-beam epitaxy
外延La掺杂BaSnO 3薄膜生长在吸附控制制度的分子束外延，其中过量的挥发性SnOx从膜表面解吸。在（001）DyScO 3衬底上生长的薄膜在室温下的迁移率为183 cm^2 V^-1 s^-1，在10 K下的迁移率为400 cm^2 V^-1 s^-1，尽管存在高浓度（1.2x10^11 cm^-2）的穿透位错。与其他报道相比，我们观察到一个低得多的浓度（BaO）2 Ruddlesden Popper晶体剪切断层。这表明，除了螺纹位错，其他缺陷可能（BaO）2晶体剪切缺陷或点缺陷显着降低电子迁移率。
2017-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale insights on the origin of the Power MOSFETs breakdown after extremely long high temperature reverse bias stress
在这项工作中，4 H-SiC功率MOSFET的介电击穿的起源是在纳米尺度上研究的，分析了在极长时间（三个月）的高温反向偏置（HTRB）应力后失败的器件。击穿事件的位置和通过外延层传播的线位错之间的一一对应关系被发现。扫描探针显微镜（SPM）揭示了线位错的导电性质和少数载流子浓度的局部修改。根据这些结果，可以阐明穿透位错在4 H-SiC MOSFET失效中的作用。
2020-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomistic simulations of the interaction of basal dislocations with MgZn$_2$ precipitates in Mg alloys
采用新的原子间相互作用势，对Mg边基面位错与棒状$β_1'$ -MgZn $_2$沉淀相的相互作用进行了原子模拟研究。原子模型的建立考虑到了基体和沉淀物之间的取向关系的实验信息，以确保最小的能量界面。发现位错最初通过形成穿透沉淀物的奥罗万环而克服沉淀物。在几个Orowan环堆积后，最终剪切沉淀物。剪切沉淀物所需的环的数量随着沉淀物横截面的减小和温度的升高而减小，但与沉淀物间距无关。结晶剪切没有发生沿定义明确的晶面，但它是由沉淀物中的弹性能的积累，最终导致形成的非晶层下方和上方的滑移面的基底位错触发。通过这种机制在沉淀物中诱导的扭结与透射电子显微镜观察结果非常一致。
2020-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Ubiquitous Ideal Spin-Orbit Coupling in a Screw Dislocation in Semiconductors
我们从理论上证明了螺位错（SD），一种广泛存在于半导体中的一维拓扑缺陷，普遍表现出一种新形式的自旋轨道耦合（SOC）效应。与通常存在于表面/界面处的众所周知的常规2D Rashba-Dresselhaus（RD）SOC效应不同，半导体中SD-SOC状态的深能级性质容易使其成为理想的SOC。值得注意的是，与SD的固有对称性有关的1D SD-SOC的自旋织构比2D RD-SOC表现出显著更高程度的自旋相干性。此外，如Si/Ge、GaAs和SiC中SD的比较第一性原理计算所证明的，可以通过化合物半导体中的离子性来调节1D SD-SOC，以理想地抑制自旋弛豫。因此，我们的研究结果打开了一扇新的大门，操纵自旋输运的半导体利用，否则有害的拓扑缺陷。
2018-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Size effects in stress penetration and dynamics of dislocations: Fe-Ni-Cr steel
基于分子动力学（MD）模拟，发现FCC钢310 S中刃（线）位错的运动依赖于纳米尺度结构的尺寸。该效应归因于压力传播到介质内部的时间（和尺寸）依赖性。的观察是至关重要的，在解释任何MD研究的压力效应，因为这些是由时间依赖性的内部维里应力。特别是位错的速度与位力应力的局部内剪切分量$S_{xy}$的大小成比例关系，而与外剪切压力无关。在阻尼谐振子模型中，应力穿透的动力学被很好地描述，其中特征振荡频率取决于沿着波传播方向的晶体层的数量，而应力传播的速度是声速。位错运动所需的最小应力（Peierls应力）被确定为0.75 GPa。系统地研究了压力和温度对位错运动的影响。
2022-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
$ρ$-CP: Open Source Dislocation Density Based Crystal Plasticity Framework for Simulating Temperature- and Strain Rate-Dependent Deformation
本文提出开源的基于位错密度晶体塑性框架$ρ$-CP，采用Kocks型热激活流动和内状态变量描述温度与应变率效应，集成于MOOSE求解器，成功预测了多种晶体结构金属的复杂力学行为与微结构演化。
2023-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Threshold voltage instability by charge trapping effects in the gate region of p-GaN HEMTs
在这项工作中，常关型p-GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的阈值电压不稳定性进行了研究，通过监测在器件导通状态的栅极电流密度。应力下的栅电流变化的起源已被归因于在金属/p-GaN/AlGaN/GAN系统中的不同界面处发生的电荷捕获。特别地，取决于应力偏置水平，电子（VG <6V）或空穴（VG > 6V）被捕获，分别引起正或负阈值电压偏移（DVTH）。通过监测不同温度下的栅极电流变化，可以确定与电子和空穴捕获相关联的激活能，并将其与氮（电子陷阱）或镓（空穴陷阱）空位的存在相关联。此外，电学测量表明，在长时间偏置应力下会产生新的电子陷阱，这与跨栅极堆叠的不同界面（p-GaN/AlGaN/GAN）延伸的晶体位错状缺陷的产生有关。
2023-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
