A review of band structure and material properties of transparent conducting and semiconducting oxides: Ga2O3, Al2O3, In2O3, ZnO, SnO2, CdO, NiO, CuO, and Sc2O3

材料科学 带隙 有效质量(弹簧-质量系统) 电子迁移率 德拜模型 声子 凝聚态物理 热膨胀 直接和间接带隙 声子散射 热导率 电介质 氧化物 电子能带结构 光电子学 物理 量子力学 冶金 复合材料
作者
Joseph Spencer,A. Mock,Alan G. Jacobs,M. Schubert,Yuhao Zhang,Marko J. Tadjer
出处
期刊:Applied physics reviews [American Institute of Physics]
卷期号:9 (1) 被引量:283
标识
DOI:10.1063/5.0078037
摘要

This Review highlights basic and transition metal conducting and semiconducting oxides. We discuss their material and electronic properties with an emphasis on the crystal, electronic, and band structures. The goal of this Review is to present a current compilation of material properties and to summarize possible uses and advantages in device applications. We discuss Ga2O3, Al2O3, In2O3, SnO2, ZnO, CdO, NiO, CuO, and Sc2O3. We outline the crystal structure of the oxides, and we present lattice parameters of the stable phases and a discussion of the metastable polymorphs. We highlight electrical properties such as bandgap energy, carrier mobility, effective carrier masses, dielectric constants, and electrical breakdown field. Based on literature availability, we review the temperature dependence of properties such as bandgap energy and carrier mobility among the oxides. Infrared and Raman modes are presented and discussed for each oxide providing insight into the phonon properties. The phonon properties also provide an explanation as to why some of the oxide parameters experience limitations due to phonon scattering such as carrier mobility. Thermal properties of interest include the coefficient of thermal expansion, Debye temperature, thermal diffusivity, specific heat, and thermal conductivity. Anisotropy is evident in the non-cubic oxides, and its impact on bandgap energy, carrier mobility, thermal conductivity, coefficient of thermal expansion, phonon modes, and carrier effective mass is discussed. Alloys, such as AlGaO, InGaO, (AlxInyGa1−x−y)2O3, ZnGa2O4, ITO, and ScGaO, were included where relevant as they have the potential to allow for the improvement and alteration of certain properties. This Review provides a fundamental material perspective on the application space of semiconducting oxide-based devices in a variety of electronic and optoelectronic applications.
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