크리스탈 방향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3532(2023) 이 기사 인용

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반도체 나노와이어(NW), 특히 ZnSe NW의 결정 변형 메커니즘과 기계적 거동은 강한 방향 의존성을 나타냅니다. 그러나 다양한 결정 방향에 대한 인장 변형 메커니즘에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 여기에서는 아연 블렌드 ZnSe NW의 기계적 특성 및 변형 메커니즘에 대한 결정 방향의 의존성을 분자 역학 시뮬레이션을 사용하여 탐구합니다. 우리는 [111] 지향 ZnSe NW의 파괴 강도가 [110] 및 [100] 지향 ZnSe NW의 파괴 강도보다 더 높은 값을 나타냄을 발견했습니다. 정사각형 모양의 ZnSe NW는 고려된 모든 직경에서 육각형 모양에 비해 파괴 강도 및 탄성 계수 측면에서 더 큰 가치를 나타냅니다. 온도가 증가함에 따라 파괴 응력과 탄성 계수는 ​​급격히 감소합니다. {111} 평면은 [100] 방향에 대한 낮은 온도에서의 변형 평면인 것으로 관찰됩니다. 반대로 온도가 증가하면 {100} 평면이 활성화되어 두 번째 주요 벽개 평면으로 기여합니다. 가장 중요한 것은 [110] 방향의 ZnSe NW가 변형률이 증가함에 따라 다양한 벽개면이 형성되기 때문에 다른 방향에 비해 가장 높은 변형률 감도를 보인다는 것입니다. 계산된 방사형 분포 함수와 원자당 위치 에너지는 얻은 결과를 더욱 검증합니다. 이 연구는 효율적이고 신뢰할 수 있는 ZnSe NW 기반 나노 장치 및 나노 기계 시스템의 향후 개발에 매우 ​​중요합니다.

최근 반도체 나노와이어(NW)의 기계적 거동이 강한 방향 의존성을 나타낸다는 것이 실험적으로 1,2 및 이론적으로 3,4 입증되었습니다. NW 시스템5,6,7에서는 다양한 결정 방향에 따른 중요한 이방성 기계적 특성이 관찰됩니다. 전기 및 열 전도성, 압전 분극, 굴절률, 표면 반응성 및 밴드갭을 포함한 기타 물리적 특성은 결정 성장 방향을 제어하여 정밀하게 변경할 수 있습니다. 서로 다른 방향으로 성장하는 wurtzite/zinc-blende NW의 측면에는 차이가 있습니다. 이러한 차이는 완벽하고 부분적인 전위 미끄러짐 및 변형 트위닝에 대한 변형 메커니즘을 크게 변경할 수 있습니다. 또한, 결정 방향이 온도 및 변형 속도와 결합되면 전역 변형과 국부 변형 간의 경쟁, 서로 다른 평면의 활성화 변화 및 평면 간 거리의 영향 불균형으로 인해 NW에서 다양한 변형 메커니즘이 발생합니다. ,21. 따라서 실제 응용 분야에서 NW의 생산과 기능을 위해서는 결정 방향에 따른 특성에 대한 더 깊은 이해가 필수적입니다.

반면, 레이저 다이오드, 광검출기, 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 태양 전지와 같은 고유한 응용, 미시적 물리학 및 나노 크기 장치의 제조로 인해 반도체 NW는 이러한 연구 분야에서 매우 유망합니다. 특히, 아연 혼합 ZnSe NWs22는 기계적 유연성, 투과도, 전도성 및 저렴한 합성을 통한 뛰어난 성능으로 인해 차세대 나노 전자 재료로 상당한 주목을 받고 있습니다23,24,25,26. 또한 아연 혼합 ZnSe의 직접 밴드갭(~2.7eV), 높은 흡수 계수, 적절한 전기음성도 및 고유한 비선형 특성으로 인해 청색 레이저 응용 분야, 광 도파관, 열전 시스템, 발광 다이오드, 나노 센서, 나노 액츄에이터, 나노 공진기 및 자기 정보 저장27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37. 그러나 아연 혼합 ZnSe NW의 전자, 열 및 광학 특성을 평가하려는 상당한 노력에도 불구하고 이론23,24,26,38,39 및 실험40,41,42,43,44,45,46에서 우리가 아는 한, 기계적 특성에 대한 연구는 없습니다. 특히, 다양한 결정 방향에 대한 인장 변형 메커니즘은 문헌에 보고된 바가 없습니다. 또한 방향과 결합된 온도 및 변형률 속도와 같은 다양한 외부 변수에 따른 기계적 강도 변화도 알려져 있지 않습니다.