Thermal transport of defective β-Ga2O3 and B(In)GaO3 alloys from atomistic simulations

热导率 材料科学 声子 半导体 玻尔兹曼方程 热的 辐照 凝聚态物理 分子动力学 兴奋剂 工作(物理) 带隙 热力学 化学 复合材料 光电子学 计算化学 物理 核物理学
作者
Xiaoning Zhang,Haoyu Dong,Chao Yang,Xi Liang,Xing Li,Jia‐Yue Yang,Linhua Liu
出处
期刊:Journal of vacuum science & technology [American Institute of Physics]
卷期号:42 (2) 被引量:8
标识
DOI:10.1116/6.0003214
摘要

β-Ga2O3 is a new generation of semiconductor material with a wide bandgap of 4.9 eV. However, the β-Ga2O3 devices inevitably produce defects within them after irradiation, leading to changes in their thermal conductivities. At present, the effect of radiation-damage-induced defects on thermal conductivity of β-Ga2O3 has not been carried out. Herein, we have employed molecular dynamics simulations to investigate the impact of defects on the thermal transport of β-Ga2O3, and the obtained thermal conductivity of non-defect β-Ga2O3 is in good agreement with recent reports. Our findings indicate that the thermal conductivity of β-Ga2O3 at room temperature exhibits a consistent decrease with an increase in the concentration of Ga vacancies, but shows a decreasing and then increasing trend as the number of O vacancies increases. In addition, doping/alloying is found to improve the irradiation resistance of β-Ga2O3 based on reported defect formation energy calculations, so the mechanism of alloying effect on the thermal conductivity is deeply analyzed through first-principles calculations. Moreover, the lattice thermal conductivities of ordered InGaO3 and BGaO3 alloys are predicted by solving the phonon Boltzmann transport equation. The obtained results that κ(Ga2O3) = κ(BGaO3) > κ(InGaO3) are attributed to the combined effect of volume, specific heat capacity, group velocity, and phonon lifetime of the three materials. This work can help to disclose the radiation damage influence on thermal properties of β-Ga2O3 semiconductors.
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