立方氮化硼-金刚石异质结界面结构与电子特性的可调控性研究

《Materials Today Quantum》：Interface structure and electronic properties in cubic boron nitride — Diamond heterostructures

本综述通过第一性原理计算系统研究了立方氮化硼(cBN)-金刚石异质结的界面稳定性与电子特性。研究发现界面终止方式（B终止/N终止）和碳混合策略可显著调控异质结稳定性（形成能）、能带对齐方式（I型/II型转变）及载流子行为（二维电子气/空穴气，密度达1014 cm?2）。该工作为设计高性能氮型场效应晶体管(n-FET)提供了理论框架。

　　

Highlight

计算方

本研究中的结构和电子模拟均使用维也纳第一性原理模拟软件包(VASP)进行。交换关联泛函采用广义梯度近似(GGA)下的Perdew–Burke–Ernzerhof (PBE)泛函，电子-离子相互作用采用投影缀加波(PAW)方法。每个异质结的结构优化均进行到原子间力小于10^?2 eV/?为止。

结构

本研究中分析的异质结模型由一个13层的金刚石(100)衬底和一个厚度可变的cBN薄层组成。金刚石(100)衬底底部的悬挂键由带1个正电荷的H原子终止。cBN层的厚度在11层到31层之间变化（对应厚度分别为9.1, 16.3, 20.0, 21.8和27.2 ?），每层有4个原子，如图1a所示。默认情况下，cBN表面由类体相（单体）（图1c）构型终止。

结论

总之，我们通过第一性原理计算，系统研究了cBN(100)与金刚石(100)表面异质结的界面稳定性与电子特性，考察了界面化学计量、表面厚度、表面钝化和终止方式的影响。异质结的整体稳定性受界面成分调控，硼终止界面比氮终止界面更稳定。增加层厚度会导致形成能线性增加，这必须被克服...