Mechanism of Transverse Charge Transfer in Thin Films of Hexagonal Boron Nitride

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A mechanism of transverse charge transfer through hexagonal boron nitride (h-BN) in a MIS structure has been studied. Experimental data for charge transfer have been analyzed in terms of different models of charge transfer in insulators. It has been shown that charge transfer in h-BN is described by the model of phonon-assisted tunneling between neutral traps. The thermal and optical energies of phonon-coupled traps in h-BN have been determined. Based on charge transfer measurements, XPS spectra, and the ab initio electronic structure of intrinsic defects in h-BN it has been found that boron–nitrogen divacancies are most probably responsible for charge transfer in h-BN and transfer is provided by electrons.

About the authors

D. R Islamov

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State Technical University

Email: damir@isp.nsc.ru
630090, Novosibirsk, Russia; 630073, Novosibirsk, Russia

T. V Perevalov

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: damir@isp.nsc.ru
630090, Novosibirsk, Russia

A. A Gismatulin

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: damir@isp.nsc.ru
630090, Novosibirsk, Russia

I. A Azarov

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: damir@isp.nsc.ru
630090, Novosibirsk, Russia

E. V Spesivtsev

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: damir@isp.nsc.ru
630090, Novosibirsk, Russia

V. A Gritsenko

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State Technical University

Author for correspondence.
Email: damir@isp.nsc.ru
630090, Novosibirsk, Russia; 630073, Novosibirsk, Russia

References

  1. G. Cassabois, P. Valvin, and B. Gil, Nature Photonics 10, 262 (2016).
  2. K. L. Pey, A. Ranjan, N. Raghavan et al., in 2019 IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS 2019), Monterey, California, USA (2019), p. 311.
  3. M.-Y. Li, S.-K. Su, H.-S.P. Wong, and L.-J. Li, Nature 567, 169 (2019).
  4. D. Akinwande, C. Huyghebaert, C.-H. Wang et al., Nature 573, 507 (2019).
  5. J. Ge, H. Huang, Z. Ma et al., Materials and Design 198, 109366 (2021).
  6. A. Ranjan, N. Raghavan, S. J. O'Shea et al., Sci.Rep. 8, 2854 (2018).
  7. L. Jiang, Y. Shi, F. Hui et al., ACS Appl.Mater. & Interfaces 9, 39758 (2017).
  8. Y. Shi, X. Liang, B. Yuan et al., Nature Electronics 1, 458 (2018).
  9. G.-H. Lee, Y.-J. Yu, C. Lee et al., Appl.Phys. Lett. 99, 243114 (2011).
  10. F. Hui and M. Lanza, Nature Electronics 2, 221 (2019).
  11. L.A. Kasprzak, R.B. Laibowitz, and M. Ohring, J.Appl.Phys. 48, 4281 (1977).
  12. C. Pan, Y. Shi, F. Hui et al., in Conductive Atomic Force Microscopy, ed. by M. Lanza, ch. 1, Wiley-VCH Germany (2017).
  13. F. Hui, C. Pan, Y. Shi et al., Microelectr. Eng. 163, 119 (2016).
  14. K. S. Novoselov, V. I. Fal'ko, L. Colombo et al., Nature 490, 192 (2012).
  15. C.R. Dean, A.F. Young, I. Meric et al., Nature Nanotechnology 5, 722 (2010).
  16. H. Pandey, M. Shaygan, S. Sawallich et al., IEEE Trans. Electron Devices 65, 4129 (2018).
  17. C. Pan, Y. Ji, N. Xiao et al., Adv.Funct.Mater. 27, 1604811 (2017).
  18. С. В. Рыхлицкий, Е.В. Спесивцев, В.А.Швец, В.Ю. Прокопьев, ПТЭ №3, 155 (2009).
  19. D.R. Hamann, Phys.Rev.B 95, 239906 (2017).
  20. P. Giannozzi, O. Andreussi, T. Brumme et al., J. Phys.: Condens.Matter 29, 465901 (2017).
  21. J. Heyd, G. E. Scuseria, and M. Ernzerhof, J.Chem. Phys. 118, 8207 (2003).
  22. V. L. Solozhenko, G. Will, and F. Elf, Sol. St.Comm. 96, 1 (1995).
  23. R. Zallen, The Physics of Amorphous Solids, Wiley-VCH, Germany (1998).
  24. Z.H. Cui, A. J. Oyer, A. J. Glover et al., Small 10, 2352 (2014).
  25. H. Sediri, D. Pierucci, M. Hajlaoui et al., Sci.Rep. 5, 16465 (2015).
  26. L. Song, L. J. Ci, H. Lu et al., Nano Lett. 10 3209 (2010).
  27. H. Park, T.K. Kim, S.W. Cho et al., Sci.Rep. 7 40091 (2017).
  28. G. Cassabois, P. Valvin, and B. Gil, Nature Photonics 10, 262 (2016).
  29. K. Watanabe, T. Taniguchi, and H. Kanda, Nature Materials 3, 404 (2004).
  30. R. S. Singh, R.Y. Tay, W. L. Chow et al., Appl.Phys. Lett. 104 163101 (2014).
  31. W. Schottky, Phys. Z. 15, 872 (1914).
  32. A. Laturia, M. L.V. de Put, and W.G. Vandenberghe, npj 2D Mater.Appl. 2, 6 (2018).
  33. G.G. Roberts and J. I. Polanco, Phys. Stat. Sol. (a) 1, 409 (1970).
  34. V.A. Gritsenko, E. E. Meerson, and Y.N. Morokov, Phys.Rev.B 57, R2081 (1998).
  35. Я.И. Френкель, ЖЭТФ 8, 1292 (1938).
  36. A.V. Shaposhnikov, T.V. Perevalov, V.A. Gritsenko et al., Appl.Phys.Lett. 100, 243506 (2012).
  37. D.R. Islamov, V.A. Gritsenko, C.H. Cheng, and A. Chin, Appl.Phys. Lett. 105, 222901 (2014).
  38. D.R. Islamov, T.V. Perevalov, V.A. Gritsenko et al., Appl.Phys.Lett. 106, 102906 (2015).
  39. Д.Р. Исламов, А. Г. Черникова, М. Г. Козодаев и др., Письма в ЖЭТФ 102, 610 (2015)
  40. D.R. Islamov, A.G. Chernikova, M.G. Kozodaev et al., JETP Lett. 102, 544 (2015).
  41. Д.Р. Исламов, В.А. Гриценко, А. Чин, Автометрия 53, 102 (2017)
  42. D.R. Islamov, V.A. Gritsenko and A. Chin, Optoelectr., Instrument. and Data Proc. 53, 184 (2017).
  43. V.A. Gritsenko, T.V. Perevalov, V.A. Voronkovskii et al., ACS Appl.Mater. & Interfaces 10, 3769 (2018).
  44. D.R. Islamov, V.A. Gritsenko, T.V. Perevalov et al., Materialia 15, 100980 (2021).
  45. К.А. Насыров, В.А. Гриценко, ЖЭТФ 139, 1172 (2011)
  46. K.A. Nasyrov and V.A. Gritsenko, JETP 112, 1026 (2011).
  47. Y.-N. Xu and W.Y. Ching, Phys.Rev.B 44, 7787 (1991).
  48. Ю.Н. Новиков, В.А. Гриценко, Письма в ЖЭТФ 114, 498 (2021)
  49. Yu.N. Novikov and V.A. Gritsenko, JETP Lett. 114, 433 (2021).
  50. A. Zobelli, C.P. Ewels, A.Gloter, and G. Seifert, Phys.Rev.B 75, 094104 (2007).
  51. T.T. Tran, K. Bray, M. J. Ford et al., Nature Nanotechnology 11, 37 (2015).
  52. A. Sajid, J.R. Reimers, and M. J. Ford, Phys.Rev.B 97, 064101 (2018).
  53. L. Weston, D. Wickramaratne, M. Mackoit et al., Phys.Rev.B 97, 214104 (2018).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».