Growth and Characterization of Bulk Aluminum Nitride by Physical Vapor Transport
氮化物基材料技术发展中的一个主要问题是衬底的选择。这些层的结构和光学性质与外延生长中使用的衬底材料密切相关。关键问题包括衬底和外延层的晶格匹配以及衬底和外延层之间的热膨胀差异。由于氮在氮化镓（GAN）上具有极高的蒸气压，因此很难生产纯GAN衬底，目前几乎所有的氮化物基器件都是通过在蓝宝石或碳化硅（SiC）上异质外延来制造的。或者，AlN具有显著较低的氮蒸气压，并且可以以块体形式生长。在本文中，我们报告了我们的结果，在AlN的生长的物理气相传输。建立了一个理论模型来研究生长过程，以确定最佳的生长参数。研究了几种不同的晶种，奇异的6 H-SiC、3.50离轴6 H-SiC和80离轴4 H-SiC，以及通过氢化物气相沉积在硅衬底上生长的AlN（随后通过蚀刻去除硅衬底）。俄歇电子显微镜，透射电子显微镜，和各种X射线衍射技术被用来研究生长的样品。
2002-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Comment on Two-dimensional porous graphitic carbon nitride C6N7 monolayer: First-principles calculations [Appl. Phys. Lett. 2021, 119, 142102]
最近，Bafekry等人[Appl.Phys.Lett. 119，142102（2021）]报道了他们关于新型C6N7单层的弹性常数的密度泛函理论（DFT）结果。他们预测C6N7单层的弹性模量非常软，为36.29 GPa，这对于碳氮化物2D晶格来说非常低。使用DFT计算，我们预测一个显着更高的弹性模量为267 GPa的单层。最大拉伸强度也被预测为20.5 GPa，揭示了C6N7单层的突出的机械性能。
2022-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Growth of Aluminum Nitride on a Silicon Nitride Substrate for Hybrid Photonic Circuits
氮化铝（AlN）是一种新兴的集成量子光子学材料，具有优良的线性和非线性光学特性。特别地，其二阶非线性极化率$χ^{(2)}$允许单光子产生。采用直流磁控溅射法在氮化硅衬底上制备了氮化铝薄膜。的薄膜已被其特征在于使用X射线衍射，光学反射计，原子力显微镜，和扫描电子显微镜。通过优化氮氩比和磁控直流电源的沉积工艺，提高了薄膜的结晶性能。X射线衍射测量证实了高质量c轴取向薄膜的制备，摇摆曲线的半高宽为3.9 °。对于300 nm厚的膜。原子力显微镜测量揭示了均方根表面粗糙度低于1纳米。AlN沉积在SiN上使我们能够用一种新的方法来制造混合光子电路，这种方法避免了AlN具有挑战性的图案化。
2021-03-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Robust Aluminum Nitride Passivation of Silicon Carbide with Near-Surface Quantum Emitters for Quantum Computing and Sensing Applications
Howard University（霍华德大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）
本研究利用氮化铝钝化硅碳化物表面，有效去除表面态并恢复缺陷的光学性质，同时发现界面处的新缺陷具有独特的自旋和光学特性。
2026-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Ab-Initio computations of electronic and transport properties of wurtzite aluminum nitride
我们报告的结果，从几个从头算，自洽计算的电子和输运性质的纤锌矿氮化铝。我们的计算利用了局域密度近似（LDA）势和高斯轨道的线性组合（LCGO）。与其他一些密度泛函理论（DFT）计算不同，我们采用了Bagayoko，Zhao和Williams的方法，由Ekuma和Franklin（BZW-EF）增强。BZW-EF方法可验证地导致占据能量的最小值;这些最小值、低未占据能量和相关波函数提供了所研究材料的基态的最变分和物理有效的密度泛函理论（DFT）描述。由于Al的多个氧化态（Al $^{3+}$到Al）和N $^{3-}$到N的可用性，BZW-EF方法需要以不同离子种类作为输入的几组自洽计算。作为输入的（Al $^{+3}$ & N $^{3-}$）的结合能比其他输入选择的结合能大1.5 eV;这里讨论的结果来自导致该输入的占据能量的绝对最小值的计算。我们计算的w-AlN在$Γ$点的直接带隙为6.28 eV，与5 K时6.28 eV的实验值非常一致。我们讨论了能带，总的和部分的状态密度，计算，有效质量。
2014-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-Assisted Photoluminescence and Exciton Recombination in Monolayer Aluminum Nitride
该研究证明单层六方AlN在3.94–4.05 eV紫外范围具有强光致发光，并揭示其间接带隙发射由有限晶格动量声子辅助电子-空穴从Γ点到K点复合实现，为高效紫外光源和光电器件开发提供基础。
2024-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Systematic comparison of approximations and functionals in first-principle calculations of aluminum-based III-V ferroelectric nitrides
University of Arkansas（阿肯色大学）；Guangdong Technion – Israel Institute of Technology（广东以色列理工学院）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CentraleSupélec（中央苏佩雷勒高等电信学院）
通过比较虚拟晶体近似和特殊准随机结构以及多种泛函，系统评估了化学无序和交换关联近似对Al1-xScxN和Al1-xBxN结构、铁电和电子性质预测的影响，发现SQS结合SCAN泛函提供最一致的理论框架。
2026-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Mapping the Structure of Oxygen-Doped Wurtzite Aluminum Nitride Coatings From Ab Initio Random Structure Search and Experiments
机器学习正在改变我们设计和解释材料科学实验的方式。在这项工作中，我们展示了如何无监督学习，结合从头算建模，提高了我们的多组分合金的结构亚稳性的理解。我们使用的Al-O-N合金的例子的情况下，在纤锌矿AlN中的铝空位的形成后，取代氧的掺入可以被看作是一个一般的固体机制，其中晶体对称性降低，以稳定缺陷。理想的AlN纤锌矿晶体结构占据不能匹配，由于异价异质元素的存在下，进入结构。传统的X射线衍射（XRD）实验解释了Al-O-N薄膜中C晶格的收缩，表明在8at.%的溶解度存在极限氧含量在这里，我们表明，这种天真的解释是误导。我们通过从头计算模拟和正电子湮没寿命谱数据的机器学习分析来支持XRD数据，没有发现可能的溶解度极限的迹象。相反，在增加氧含量时出现的各种非平衡富氧缺陷结构的存在表明，晶界的形成是负责在Al-O-N溅射膜中测量的晶格收缩的最合理的机制。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion-based Generative Machine Learning Model for Predicting Crack Propagation in Aluminum Nitride at the Atomic Scale
Purdue University（普渡大学）
本文提出一种基于扩散的生成机器学习模型，用于预测氮化铝中原子尺度的裂纹扩展，通过仅使用初始微观结构嵌入进行条件预测，实现了快速且准确的动态断裂过程模拟，包括应力驱动的裂纹萌生、裂纹分叉和原子尺度的桥接连接。
2026-03-13 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Design of defect spins in piezoelectric aluminum nitride for solid-state hybrid quantum technologies
宽带隙半导体中的自旋缺陷是在固态环境中实现量子比特或量子比特的有前途的系统。到目前为止，缺陷量子位只在具有强共价键的材料中实现。在这里，我们介绍了一个应变驱动的计划，合理地设计功能离子晶体中的缺陷自旋，这可能是潜在的量子比特。特别是，使用最先进的从头计算的混合密度泛函和多体微扰理论的基础上的组合，我们预测，带负电荷的氮空位中心的压电氮化铝表现出自旋三重态基态在现实的单轴和双轴应变条件下，这样的状态可以利用量子比特的实现。这里采用的应变驱动策略可以很容易地扩展到其他宽带隙半导体中的各种点缺陷，为控制离子系统中缺陷的自旋特性铺平了道路。
2016-02-02 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Photochromism and influence of point defect charge states on optical absorption in aluminum nitride (AlN)
Leibniz-Institut für Kristallzüchtung（莱布尼茨晶体生长研究所）
在这项工作中，我们研究了AlN在1.5 - 5.5 eV范围内的吸收特性，以及由紫外线（UV）照射引起的亚稳态吸收变化（光致变色），以及在2 - 4 eV的照射或升高的温度下的初始状态的恢复。在4.7 eV处，UV辐照导致吸收系数从110 cm $^{-1}$降低至55 cm $^{-1}$，而在可见光范围内，吸收系数从低于5 cm $^{-1}$的值增加至~35 cm $^{-1}$。用平行和垂直于光轴的两个线性偏振进行测量，可以确定2.6、2.8、3.4、4.0、4.5和4.8 eV处的几个不同吸收带。在2.6 eV和3.4 eV处的能带识别靠近价带的缺陷能级，而在2.8 eV处的能带峰值与导带相关。光致变色允许在两个相关的光谱范围内控制光的吸收，因为UV吸收的减少和可见光吸收的增加与切换相同缺陷的电荷状态有关。
2021-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Scandium Aluminum Nitride/Silicon Nitride Integrated Photonic Circuits
针对掺钪氮化铝光学损耗高的问题，提出单片集成Si₃N₄-ScAlN波导平台，实现1.03 dB/cm的低传播损耗，兼具ScAlN的功能特性，为相关光子集成电路应用开辟新路径。
2025-08-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electronic structure of fullerene-like cages and finite nanotubes of aluminum nitride
我们报告的密度泛函研究交替富勒烯状笼状结构和有限的封闭帽单壁氮化铝纳米管。研究的笼和纳米管被建模为Al 24 N24，Al 28 N28，Al 32 N32，Al 36 N36，Al 48 N48和Al 96 N96。采用解析Slater Roothaan方法，采用双zeta质量的极化高斯基组，在全电子水平上进行了结构优化，计算了电子结构、垂直电离势和电子亲合势。所有结构都是能量稳定的，结合能约为10-11 eV每AlN对。对于较大的Al 96 N96，富勒烯一样的笼是积极的不如具有Al 24 N24作为内壳的两壳簇有利。垂直电离势和电子亲合势分别在6.7-6.9 eV和1.5-2.0 eV范围内。结合能随（4，4）纳米管长度的增加而系统性地增加。使用“Delta SCF”方法确定的能带隙表明，这些结构的特征在于约4- 5eV的相当大的带隙，然而其小于相应氮化硼结构的带隙。
2005-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Low-loss, silicon integrated, aluminum nitride photonic circuits and their use for electro-optic signal processing
光子小型化要求线性和非线性光学元件的无缝集成，以同时实现无源和有源功能。在现有的材料系统中，硅光子学在光信号处理和片上光网络方面具有巨大的前景。然而，硅限于1100 nm以上的波长，并且不提供用于有源信号处理的期望的最低阶光学非线性。在这里，我们报告的集成氮化铝（AlN）薄膜在硅衬底上带来积极的功能，芯片级光子学。使用CMOS兼容的溅射薄膜，我们制作AlN绝缘体波导，表现出低传播损耗（0.6 dB/cm）。利用AlN固有的普克尔斯效应，我们展示了高达4.5 Gb/s的电光调制，具有非常低的能耗（低至10 fJ/bit）。AlN器件的超宽透明窗口还可以在可见光波长下实现高速调制。我们的低成本、宽带、无载波光子电路有望在微处理器芯片级实现超低功耗和高速信号处理。
2014-01-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Sound Absorption in Replicated Aluminum Foam
吸声是机械制造和土木工程中的一项重要技术任务。多孔材料传统上用于这些目的，因为它们既不易燃也不吸湿，因此适合于噪音抑制，首先是在运输工具中。多孔金属中声振荡能量的吸收主要是由于粘性摩擦。文献[1]在Rayleigh经典模型的基础上给出了多孔介质中能量粘性耗散过程的理论描述，而现代水平的理论是Johnson-Champoux-Allard模型[2]。利用泡沫铝作为用于吸声的最便宜的多孔金属的尝试涉及通过轧制[3]或通过热处理[4]形成开放的多孔结构。然而，在这些论文中提出的金属泡沫的吸声率不超过80%，而当我们采用传统的吸声材料（即玻璃棉）时，其在宽频率范围内达到99.9%。泡沫金属的问题在于声波从表面的大量反射。
2018-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Porous carbon nitride fullerenes: a novel family of porous cage molecules
本文提出并利用密度泛函理论与分子动力学模拟研究了一类新型多孔氮化碳富勒烯笼状分子的结构、电子性质及热稳定性，并探讨了其自下而上合成的前驱体。
2024-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Desarrollo de capas de AlN sobre aleaciones de aluminio como protección superficial contra la corrosión y el desgaste
铝及其合金经过精心处理后，可以开发出优异的机械，摩擦学，电气和化学（高耐腐蚀性）性能。然而，7000系列合金中含有Cu，耐腐蚀性较差。另一方面，氮化铝（AlN）具有纤锌矿相和良好的热稳定性，光学，电学，压电，机械，摩擦学和化学性能，因此应用范围巨大。本文采用反应磁控溅射技术在铝合金7075表面沉积氮化铝，以验证氮化铝作为铝合金在磨损和腐蚀过程中的保护膜的性能。
2014-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Aluminum nitride as a new material for chip-scale optomechanics and nonlinear optics
硅光子学为集成光机械电路的最新发展提供了一个通用平台。然而，硅限于1100 nm以上的波长，并且不允许器件在可见光谱范围内操作，在可见光谱范围内可以方便地获得低噪声激光器。硅的窄禁带也使得硅光机械器件容易受到强双光子吸收和自由载流子吸收的影响，这通常会引入强烈的热效应，限制了器件的稳定性和冷却性能。此外，硅也不提供用于与芯片上的其它有源电部件接口的期望的最低阶光学非线性。另一方面，氮化铝（AlN）是一种宽带半导体，由于其低机械损耗和高机电耦合强度而广泛用于微机械谐振器。在这里，我们报告的低损耗，宽带光导，以及它的使用，同时实现高光学质量和机械质量的光机设备的硅上AlN平台的发展。利用AlN固有的二阶非线性，我们进一步证明了AlN光子电路中的电光调制和有效的二次谐波产生。我们的研究结果表明，低成本的AlN-硅光子电路是CMOS兼容的光子电路的优秀替代品，用于构建新的功能光机械器件，是免费的载流子效应。
2012-10-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Acoustic and Optical Phonon Frequencies and Acoustic Phonon Velocities in Silicon-Doped Aluminum Nitride Thin Films
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校加利福尼亚纳米系统研究所）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Auburn University（奥本大学）
研究硅掺杂铝氮化物薄膜中声学与光学声子频率及声学声子速度，通过布拉格-曼德尔施塔姆和拉曼光散射谱学测量声学与光学声子频率，揭示掺杂硅对薄膜应变和位错密度的影响，优化超宽禁带半导体异质结及高功率器件热阻。
2024-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sputtered Aluminum Nitride Waveguides for the Telecommunication Spectrum with less than 0.16 dB/cm Loss
本研究制备了基于反应直流磁控溅射的无包层多晶AlN波导，其在通信O波段和C波段的TE偏振传输损耗均低于0.16 dB/cm，性能媲美MOCVD外延生长的最优AlN波导，展现了溅射AlN在通信频段光子平台的应用潜力。
2024-08-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Deep-level engineering in aluminum nitride (AlN) enables reliable photodetection in extreme conditions
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文展示基于AlN的亚带隙光电探测器，利用深能级缺陷实现非饱和线性响应，可测量超过40 W/cm²的超亮蓝光，并在高达300°C下保持线性，通过窄空间电荷区设计实现超宽带隙半导体在极端条件下的可靠应用。
2026-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Low-voltage Ferroelectric Field-Effect Transistors with Ultrathin Aluminum Scandium Nitride and 2D channels
该研究在超薄AlScN铁电薄膜上制备MoS2单层沟道FeFET，通过减薄铁电层将栅极电压降至3V以下，并系统分析厚度、制备方法和环境对磁滞行为的影响，为低功耗CMOS兼容存储计算器件提供优化路径。
2025-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Porous metal nitride film synthesis without template
针对传统金属氮化物薄膜致密、传质差、反应位点可及性低的问题，提出无模板自组装结合干法氮化的高孔隙率多组分金属氮化物薄膜制备方法，可显著提升NO₂传感性能，也适用于电催化、储能等领域。
2024-10-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Prediction of C7N6 and C9N4: Stable and strong porous carbon-nitride nanosheets with attractive electronic and optical properties
在这项工作中，三个新的多孔碳氮化物纳米片与C7 N6，C9 N4和C10 N3的化学计量的预测。因此，第一性原理模拟，以评估稳定性和探索的机械，电子和光学性能。声子色散证实了所有预测的纳米片的动态稳定性。然而，从头计算分子动力学结果表明，只有C7 N6和C9 N4是热稳定的。预测C7 N6、C9 N4和C10 N3纳米片分别表现出212、202和208 N/m的高弹性模量和14.1、22.4和15.8 N/m的最大拉伸强度。C7 N6单层被确认为直接带隙半导体，根据HSE 06方法估计具有2.25 eV的带隙。有趣的是，C9 N4和C10 N3单分子膜显示出金属特性。光谱的第一吸收峰表明，C7 N6纳米片可以吸收可见光，而C9 N4和C10 N3单分子膜可以吸收红外范围的光。此外，预测的纳米片在可见光范围内的吸收系数和光学电导率大于石墨烯。这项研究提供的结果证实了C7 N6和C9 N4纳米片的稳定性，并突出了非常有前途的特性，这些纳米片可能成为许多先进技术的有前途的候选者。
2019-08-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Prediction of a Novel 2D Porous Boron Nitride Material with Excellent Electronic, Optical and Catalytic Properties
多孔石墨炔（HGY）是最近合成的一种二维半导体碳同素异形体，由规则的六顶点和八顶点碳环组成。在本研究中，基于第一性原理密度泛函理论和分子动力学模拟，我们预测了一个类似的稳定的多孔氮化硼多孔石墨炔结构，我们称之为BN-多孔石墨炔（BN-HGY）。通过声子色散关系的计算以及从头算分子动力学模拟证实了该结构在室温下的动力学和热稳定性。BN-HGY结构具有5.18 eV的宽直接带隙，其可以通过用碳、铝、硅和磷原子代替BN-HGY的sp和sp $^2$杂化的硼和氮原子来可控地调节。我们还首次计算了HGY和BN-HGY结构的光学性质，发现这些结构的光吸收光谱跨越了整个可见光区和很宽的紫外区。我们发现BN-HGY结构的氢吸附过程的吉布斯自由能非常接近于零（-0.04eV），因此，BN-HGY结构可以用作HER的潜在催化剂。因此，我们提出可以合成多孔石墨炔的氮化硼类似物，并且它在纳米电子学、光电子学、自旋电子学、紫外激光、和太阳能电池装置。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Aluminum Scandium Nitride as a Functional Material at 1000°C
该研究制备并表征TaSi2/Al0.7Sc0.3N/TaSi2电容器，证明AlScN在1000°C极端环境下仍保持结构与功能稳定，并显著提升压电及机电耦合性能。
2024-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Conformal Titanium Nitride in a Porous Silicon Matrix: a Nanomaterial for In-Chip Supercapacitors
今天的超级电容器储能器通常是针对印刷电路板和电源应用的分立器件。自主传感器网络和可穿戴电子产品的发展以及移动设备的智能化将大大受益于能量存储与有源设备集成的解决方案。基于多孔硅（PS）的纳米结构由于非常高的固有表面积与体积比以及与微电子制造工艺的兼容性而提供了一种集成途径。不幸的是，原始PS在电解质中具有有限的润湿性和差的化学稳定性，并且PS基质的高电阻严重限制了功率效率。在这项工作中，我们证明了优异的润湿性和电化学性能，在水溶液和有机电解质，可以通过涂覆的PS矩阵与超薄层的氮化钛原子层沉积。我们的方法导致非常高的比电容（15 F/cm $^3$）、能量密度（1.3 mWh/cm $^3$）、功率密度（高达214 W/cm $^3$）和优异的稳定性（超过13，000次循环）。此外，我们表明，PS-TiN纳米材料可以集成在硅芯片单片结合MEMS和纳米纤维技术。这导致了芯片内超级电容器的实现，即，它开辟了一种新的方式来利用硅芯片的非活性体积来存储能量。
2016-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Post-CMOS Compatible Aluminum Scandium Nitride/2D Channel Ferroelectric Field-Effect-Transistor
在1963年，Moll和Tarui提出半导体的场效应电导可以通过铁电（FE）材料的反向极化来控制，以创建铁电场效应晶体管（FE-FET）。然而，生产实用、紧凑的FE-FET的后续努力受到低保持力和与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺集成不兼容的困扰。这些困难导致了基于捕获电荷的存储器设备（也称为浮栅或闪存）的发展，并且这些现在是主流的非易失性存储器（NVM）技术。在过去的二十年里，氧化物铁电材料的进步使铁电领域重新焕发活力，并使铁电随机存取存储器（FE-RAM）成为商业现实。尽管取得了这些进展，但由于工艺挑战，基于锆钛酸铅（PZT）的商业FE-RAM在130 nm处停滞不前。350 ℃）。该温度与CMOS后端工艺兼容。在这里，我们提出了一个FE-FET器件的AlScN FE电介质层集成的范德华二维（2D）半导体，MoS 2的沟道层。我们的器件显示开/关比约为10^6，同时具有0.3 V/nm的归一化存储窗口。这些器件还表现出稳定的双态存储器保持时间长达10^4秒。我们的模拟和实验结果表明，AlScN和2D半导体的组合几乎是理想的低功耗FE-FET存储器。这些结果展示了嵌入式内存和内存计算的新方法，甚至可能导致有效的神经形态计算架构。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Inorganic Graphenylene: A Porous Two-Dimensional Material With Tunable Band Gap
通过从头计算，我们调查存在的氮化硼（BN）多孔二维纳米片的可能性，这是几何相似的碳同素异形体被称为联苯碳。这种结构被称为无机石墨烯（Inorganic Graphenylene，IGP），是由Ding等人提出的多孔氮化硼（BN）结构经选择性脱氢后自发形成的。我们研究了多孔BN和IGP的结构和电子性质，结果表明，在这些结构中，通过选择性地用碳原子取代B和N原子，可以显著降低带隙，将它们的行为从绝缘体转变为半导体，从而为这类二维材料的带隙工程开辟了可能性。
2014-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Porous aluminium decorated with rhodium nanoparticles, preparation and use as platform for UV plasmonics
针对常用等离激元金属共振波长大于350 nm难以应用于紫外波段的问题，研究开发了低成本制备负载铑纳米颗粒的纳米多孔铝基底的方法，证实其可作为增强紫外拉曼光谱的等离激元材料。
2024-03-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Self-compensation by silicon $DX$ centers in ultrawide-bandgap nitrides
US Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）
研究揭示硅在宽禁带氮化物中通过捕获电子实现自补偿，限制自由电子浓度，影响掺杂激活效率。
2026-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Structural and electrical properties of fiber textured and epitaxial molybdenum thin films prepared by magnetron sputter epitaxy
本文系统研究生长温度对纤维织构与外延AlN上磁控溅射Mo薄膜结构及电学性能的影响，揭示晶粒尺寸和晶界类型对电阻率的作用规律。
2024-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Galvanic Replacement Reaction to prepare nanoporous Aluminum for UV plasmonics
等离子体激元学的应用已经扩展到电磁波谱的紫外区域。不幸的是，常用的贵金属具有固有的光学性质，这限制了它们在350 nm以上的使用。铝可能是最合适的材料紫外等离子体，在这项工作中，我们表明，纳米多孔铝可以从Mg3Al2合金开始制备。多孔金属通过电置换反应获得。这样的纳米多孔金属可以被利用来实现用于增强的UV拉曼光谱和荧光的等离子体材料。由于大的表面积与体积比，这种材料代表了一个强大的平台，用于促进等离子体基片和紫外线中分子之间的相互作用。
2019-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Aluminum Oxide at the Monolayer Limit via Oxidant-free Plasma-Assisted Atomic Layer Deposition on GaN
原子层沉积（ALD）是半导体器件制造中的重要工具，其允许外延和保形膜的生长以精确地形成异质结构并调节界面性质。ALD过程中化学反应的自限性提供了对层厚度的极好控制。然而，与理想化的生长模型相反，通过ALD产生连续单层在实验上是具有挑战性的，因为表面不均匀性和前体空间相互作用导致膜成核期间的岛状生长。因此，通过ALD产生无针孔单层的能力将为控制半导体器件中的界面电荷和质量传输以及定制表面化学提供新的机会。在这里，我们报告的c-平面氮化镓（GAN）与最终薄（~3微米）的氧化铝（AlOx）单层，这是通过使用三甲基铝沉积和氢等离子体暴露的组合的GAN表面氧化物的部分转化为AlOx实现的完全封装。单层AlOx的引入显著地改变了表面的物理和化学性质，降低了功函数并向GAN表面引入了新的化学反应性。这种可调的界面化学突出的改性表面与膦酸在标准条件下的反应性，这导致在自组装单分子膜的密度接近理论极限。更广泛地说，所提出的单层AlOx沉积方案可以扩展到其他基于III-V族和III-V族的半导体，与光电子学、化学传感和（光）电催化的应用具有显著的相关性。
2021-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Monte Carlo modeling of low-energy electron-induced secondary electron emission yields in micro-architected boron nitride surfaces
表面腐蚀和次级电子发射（SEE）是空间推进用霍尔效应推力器通道壁最关键的寿命限制因素。最近提出了基于微结构表面的壁概念，以减轻表面侵蚀和SEE。这些设计背后的想法是利用非常高的表面积与体积比，通过内部捕获和再沉积来减少SEE和离子侵蚀。这导致了新的兴趣，研究相关的推力器壁材料中的电子-电子过程。在这项工作中，我们提出了计算的SEE产量在微孔六方BN表面使用随机模拟的离散表面几何形状的电子-材料相互作用。我们的模型由两个互补的部分组成。首先，我们使用电子多次散射过程的蒙特卡罗模拟研究了作为初级电子能量和入射角的函数的平面中的SEE。然后，使用的结果表示的响应函数的离散的表面元素，使用射线跟踪蒙特卡罗模型产生的单个电子射线。我们发现，微孔表面导致SEE产量减少超过50%的能量范围内经历霍尔推进器。这表明这些微结构表面概念适用于减轻紧凑型电力推进装置中的SE相关问题。
2019-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First principles second harmonic generation of transition metal dichalcogenides and boron nitride alloys: from monolayers and nanotubes to Haeckelites and Schwarzites
为了揭示新的二维系统的二次谐波产生（SHG），利用第一性原理方法计算了不同类型的层状合金的二阶极化率χ（2），这些层状合金包括过渡金属二硫属化物（TMD）合金的单层、TMD Haeckelite合金、TMD合金的纳米管、包括BxNyCz合金的六方氮化硼（h-BN）系统、BN和BNC 2纳米管，BxNxCy黑克石和BN黑碳石（多孔BN）。结果表明，在高光子能量下，钨基合金的χ（2）值高于钼基合金，而在低光子能量下，一种MoSSe占主导地位。在所有计算结构中，假设的TMD海克尔体NbSSe和Nb 0.5Ta 0.5S2显示出最高的χ（2）。锯齿形TMD合金纳米管的χ（2）值随直径的减小而增大，当直径较大时，χ（2）值接近单层纳米管。BNC合金表现出比h-BN单层更高的χ（2），并且与TMD合金相当，除了一种情况使其强度加倍之外。BN管显示随着直径减小，χ（2）增加，类似于TMD纳米管。BxNxCy海克石具有非常高的χ（2），并且可能揭示扩展缺陷在非线性光学性质中的作用。BN Schwarzite之一表现出比已知的3-D材料更高的χ（2）。
2017-11-17 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Element Composition on the Structural and Electronic Properties of Carbon, Silicon, Silicon Carbide, and Boron Nitride Gyroid Schwarzites
黑云母是呈现负高斯曲率的多孔结构。虽然最初提出的碳，原则上，其他元素的施瓦茨是可能的。在这项工作中，我们已经进行了详细的调查的元素组成（C，Ge，Si，SiC和BN）的结构，电子和光学性质的螺旋状施瓦济结构，所谓的G688的效果。DFT模拟使用著名的SIESTA代码进行。结果表明，这些同素异形体结构的形成能值与其它同素异形体结构的形成能值在相似的范围内，并且在1000~K范围内是热稳定的。从电子分析，我们的结果表明，所有的结构，除了碳的，目前的半导体特性。从光学性质来看，除了红外区只有硅和锗表现出一定的吸收外，其他结构都只在可见光和紫外区表现出光学活性，并且都具有较大的折射率值。对于反射率，除了Si和Ge的施瓦济体反射近40%的光外，其它施瓦济体都表现出较低的反射率。这些特性使它们成为光电应用的良好候选者，例如红外/紫外线吸收剂和紫外线阻断剂。
2022-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Bandgap manipulation of hBN by alloying with aluminum: absorption properties of hexagonal BAlN
本文通过MOVPE生长不同铝浓度的hBAlN合金，首次实验证明铝合金化可调控hBN带隙宽度及间接/直接跃迁特性，并揭示K、M导带谷电子态混合增强间接跃迁吸收的机制。
2023-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional Insight on the Evolution of a Supramolecular Preorganization Complex to Hollow-Structure Carbon Nitride
超分子预组织方法可以有效地制备各种形貌的石墨碳氮化物（g-CN），并提高其光催化活性，但对从超分子聚集体到g-CN的形貌演化过程缺乏全面的了解。在这里，从电子断层扫描的3D表征提供了一个基本的洞察力的演变从棒状三聚氰胺-氰尿酸（MC）复杂的中空结构的g-CN在热缩聚过程中。棒状复合物的内部区域和一组表面最初发生缩聚反应，而另外两组厚度约为100 nm的表面几乎没有变化。当温度达到550摄氏度时，由于大部分内部物质消失，中空结构的g-CN最终形成，并且在先前未受影响的表面（边缘）中出现空隙，导致多孔壳结构。定量电子断层扫描表明，棒状MC复合物结构演化的关键是边缘和内部的差异化缩聚，这是由于表面致密，内部物质致密，原始结构疏松，缺陷多。
2020-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio Prediction of Ultra-Wide Band Gap B$_x$Al$_{1-x}$N Materials
超宽带隙（UWBG）材料将在未来的电力电子技术中发挥重要作用。由UWBG材料制成的器件预期在比当前基于硅和碳化硅的器件更高的电压、频率和温度下操作;并且甚至可以导致这种器件的显著小型化。在超声波BG领域，氮化铝和氮化硼引起了人们极大的兴趣，然而，B-$_x$-Al $_{1-x}$-N合金的研究较少。本文采用密度泛函理论和团簇展开方法相结合的第一性原理模拟方法，预测了B-$_x$-Al $_{1-x}$-N合金的晶体结构。我们发现17个基态结构的B $_x$ Al $_{1-x}$ N之间的形成能为0.11和0.25 eV/atom。所有这些结构被发现是动态稳定的。发现B $_x$ Al $_{1-x}$ N结构主要具有四面体成键环境，然而，一些结构表现出类似于六方BN的$sp^2$键。这项工作扩大了我们的知识的结构，能量，并在B $_x$铝$_{1-x}$ N帮助他们的合成，横向或垂直设备的创新，和兼容的电介质和欧姆接触材料的发现键合。
2023-01-18 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of electroacoustic properties of wurtzite (Al,Sc)N
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了具有亚稳纤锌矿结构的氮化钪铝晶体Al $_{1-x}$ Sc $_x$ N的电声性质.我们提取电声器件设计相关的材料性能数据，即弹性和压电常数的全张量。原子模型的构建和分析的各种Sc浓度$0\le x\le50$ %。通过拟合从不同无序原子配置的平均过程中获得的数据，提取的钪浓度的材料特性的函数依赖性。我们给出了一个解释所观察到的弹性软化和异常增加的压电响应作为Sc含量的函数的元素具体分析的键长和键角。
2021-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Development of TiN/AlN-based superconducting qubit components
该研究制备并表征了基于TiN/AlN的全氮化物架构超导量子比特器件，明确了材料特性与器件性能的关联，为新型材料量子计算技术提供了器件基础。
2024-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
A stochastic simulation of the dislocation-mediated etching of porous GaN distributed Bragg reflectors
Department of Materials Science, University of Cambridge（剑桥大学材料科学系）
该研究通过随机模拟再现了多孔氮化镓分布式布拉格反射镜电化学蚀刻过程中的级联结构特征，并展示了模拟结果与实验数据的一致性。
2026-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Scale Origins of Oxidation Resistance in Amorphous Boron Nitride
本研究结合机器学习分子动力学模拟和角分辨X射线光电子能谱，揭示了非晶氮化硼的抗氧化性由其原子尺度形貌决定，致密有序结构能有效抗表面氧化，为纳米电子应用中介电阻挡层的工程化提供了框架。
2025-10-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Vacancy-Induced Boron Nitride Monolayers as Multifunctional Materials for Metal Ion Batteries and Hydrogen Storage Applications
本研究通过DFT、AIMD和热力学分析，发现硼空位氮化硼单层作为锂钠钾离子电池负极具有高比容量和低扩散势垒，同时金属功能化后展现出优异的储氢能力。
2024-07-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
