sic晶体ms计算及掺杂

1、三代半导体材料SiCMS能带分析南京信息工程大学物理与光电工程学院09材料物理专业主要内容Sic半导体简介Sic晶体结构信息Sic晶体能带结构和态密度计算Al掺杂sic能带结构和态密度计算N掺杂sic能带结构和态密度计算比较 SiC是第三代间接宽带隙半导体材料，由-族碳和硅原子组成的稳定二元化物。 与传统的第一代元素半导体材料（Si, Ge等）和第二代化合物半导体材料（GaAs等）相比，SiC具有许多优良的性质，如宽带隙、高临界击穿电压、高热导率、高载流子饱和漂移速度和化学稳定性好等，可应用于制备高温、高频、抗辐射、大功率和高密度集成的电子器件。Sic半导体简介 同时，SiC还具有高硬度、高强

2、度、耐腐蚀、抗氧化和低热膨胀系数等特点。利用SiC材料制作的电子、光电子器件可以在航空航天、核能开发、卫星通讯、石油钻井勘探、汽车发动机等特殊环境条件下具有重要的应用前景。 SIC是元素周期表中第IV主族元素中唯一一种可以以确定的化学配比在常态下稳定存在的固态化合物Sic晶体结构信息 由于碳硅双层排列的不同，siC可以形成多种构型，如闪锌矿结构、纤锌矿结构和菱形结构等等。这种在化学计量成分相同情况下具有不同的晶体结构的现象称为同质异构多型现象 构成sic的两种原子si和c，都以SP3杂化成键，Si和C原子为最近邻原子，其中心距离为0.189nm，每种原子被四个异种原子所包围，形成四面体配位的碳

3、硅四面体和硅碳四面体单元 如果碳硅双层按ABCABCABC的方式排列，则形成立方碳化硅，一般称为3C-SIC，为闪锌矿结构，属于216号空间群F43m。 数字表示了一个晶格周期内碳硅双层的数目，中间的字母表征晶型的对称性。立方对称(空间群)用字母C表示，六方对称(空间群)用H表示。 由于碳硅双层排列的不同，SiC可以形成多种构型，如闪锌矿结构、纤锌矿结构和菱形结构等等。Sic晶体能带结构和态密度计算MS计算过程build菜单symmetry里面选premitive cell转成 由上图可知：导带底和价带顶位于不同点，则其能带结构为间接跃迁型。 禁带宽度为：1.5045 eV。和 Ching 等

4、人 的计算结果 1. 6 eV 比较接近，Bimberg 等人 实验结果 2. 6 eV 相比，相差约为45%，这是由于在局域密度泛函理论中，求解 方程没有考虑体系激发态的情况，使得激发态电子间的关联作用被低估，所以理论计算值一般要小于实验值约30% -50%. 但是对 同一体系，在不同的掺杂浓 度下，采用相同方法计算 ，得到的结果仍然是具有可比性的，通过一系列的禁带宽度研究其变化规律是有意义的 Sic中c的分波态密度（1s22s22p2）Sic中si的分波态密度（1s22s22p63s23p2）由以上两图可知： 在价带的底层主要是c的1s轨道，si的1s轨道占据，价带顶部主要是c的2p、si

5、的3p轨道占据 在导带的底部主要是si的2p、3s轨道占据，导带顶部主要是si的3p、c的2p轨道占据。Al掺杂sic能带结构和态密度计算虚拟晶体近似法 所谓的虚拟晶体近似法，简单的说，就是当甲元素与乙元素有75%与25%之混合比例，我们并不采用传统的加大晶胞四倍方法（使其含有三个甲元素原子与一个乙元素原子），而是在赝势的层次引入了混合，使一个原子具有75%甲元素的效应与25%乙元素的效应，而整个计算仍然能在原来的小单位晶胞范围内进行。此种做法的好处是计算所需之时间的节省。计算过程5%NN掺杂sic的能带结构图10%N20%N30%N50%N02040601.51.82.12.4Band gap (eV)N