Interfacial Optimization for AlN/Diamond Heterostructures via Machine Learning Potential Molecular Dynamics Investigation of the Mechanical Properties

材料科学 分子动力学 钻石 异质结 纳米技术 化学物理 复合材料 光电子学 计算化学 化学 物理
作者
Zijun Qi,Xiang Sun,Zhanpeng Sun,Qijun Wang,Dongliang Zhang,Kang Liang,Rui Li,Diwei Zou,Lijie Li,Gai Wu,Wei Shen,Sheng Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (21): 27998-28007
标识
DOI:10.1021/acsami.4c06055
摘要

AlN/diamond heterostructures hold tremendous promise for the development of next-generation high-power electronic devices due to their ultrawide band gaps and other exceptional properties. However, the poor adhesion at the AlN/diamond interface is a significant challenge that will lead to film delamination and device performance degradation. In this study, the uniaxial tensile failure of the AlN/diamond heterogeneous interfaces was investigated by molecular dynamics simulations based on a neuroevolutionary machine learning potential (NEP) model. The interatomic interactions can be successfully described by trained NEP, the reliability of which has been demonstrated by the prediction of the cleavage planes of AlN and diamond. It can be revealed that the annealing treatment can reduce the total potential energy by enhancing the binding of the C and N atoms at interfaces. The strain engineering of AlN also has an important impact on the mechanical properties of the interface. Furthermore, the influence of the surface roughness and interfacial nanostructures on the AlN/diamond heterostructures has been considered. It can be indicated that the combination of surface roughness reduction, AlN strain engineering, and annealing treatment can effectively result in superior and more stable interfacial mechanical properties, which can provide a promising solution to the optimization of mechanical properties, of ultrawide band gap semiconductor heterostructures.
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