4H-SiC(0001)表面缺陷結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)理論研究.pdf

1、碳化硅（SiC）材料由于具備非常多的優(yōu)異性能，在諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。一方面SiC具有高硬度、高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率和高化學(xué)穩(wěn)定性等特性使其作為陶瓷材料或陶瓷基復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、石油化工、核工業(yè)等領(lǐng)域。另一方面SiC具有寬帶隙、高臨界擊穿電場(chǎng)、高載流子飽和漂移速率等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具潛力的第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料，常被用作高溫、高頻、高壓、高功率和抗輻射微電子器件，在航空航天、電子等領(lǐng)域發(fā)揮著重大作用。隨著應(yīng)用的不斷拓展，對(duì)SiC表面結(jié)

2、構(gòu)及性質(zhì)的深入研究，尤其是在原子尺度對(duì)表面缺陷結(jié)構(gòu)的形成、演化規(guī)律及其對(duì)表面性質(zhì)影響的深入研究，有助于實(shí)現(xiàn)SiC材料表面結(jié)構(gòu)與性能的精確調(diào)控，對(duì)SiC材料在諸多領(lǐng)域的成功應(yīng)用至關(guān)重要。
　　本文研究主要內(nèi)容包括：⑴利用第一性原理，計(jì)算了7種典型單個(gè)點(diǎn)缺陷（VC，VSi，CI，SiI…..）從4H-SiC（0001）理想表面遷移到體內(nèi)深層的形成能大小及其隨著化學(xué)勢(shì)（對(duì)應(yīng)環(huán)境中不同的碳硅含量）的變化規(guī)律，得出不同化學(xué)勢(shì)范圍內(nèi)能量最低缺

3、陷的構(gòu)型，同時(shí)結(jié)合點(diǎn)缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)以及電荷分布的影響，對(duì)相關(guān)點(diǎn)缺陷形成能隨種類和層深大小變化原因進(jìn)行了分析和解釋。⑵通過對(duì)3種不同4H-SiC體系:1）塊體4H-SiC，2）含有（0001）理想表面的層晶模型以及3）氫原子飽和后的（0001）表面的層晶模型的能帶計(jì)算，比較了氫飽和前與飽和后的能帶變化，同時(shí)比較了不同點(diǎn)缺陷對(duì)氫飽和后的（0001）表面能帶結(jié)構(gòu)的影響。計(jì)算結(jié)果表明，與三維周期性4H-SiC不同，（0001）理想表面由于有未飽和的

4、表面Si原子，垂直于表面的Z方向周期性被破壞，于原禁帶處產(chǎn)生較多的表面態(tài)以及表面能級(jí)。氫飽和的（0001）表面能夠消除表面態(tài)，產(chǎn)生~1.52 eV的禁帶。在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的空位點(diǎn)缺陷和填隙點(diǎn)缺陷，由于產(chǎn)生不飽和鍵或者晶格畸變，在原禁帶處產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷能級(jí)，影響原有飽和體系的電子性質(zhì)，而單個(gè)反位缺陷由于未產(chǎn)生非飽和鍵，對(duì)能帶結(jié)構(gòu)影響較小。⑶基于經(jīng)驗(yàn)勢(shì)分子動(dòng)力學(xué)，模擬了（0001）理想表面移除12個(gè)Si和C原子的具有不同對(duì)稱性邊界的孔洞在20