基于密度泛函的SiC异质结研究

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作为第三代宽禁带半导体的代表,SiC有两百多种同质异晶形。其中,6H-SiC(0001)面与3C-SiC(111)面具有较小的晶格失配,而且两者的热失配也不大。若能形成3C-SiC/6H-SiC异质结构,则可将SiC材料的优良特性与异质结的杰出优点有机结合,制作出3C-SiC/6H-SiC异质结光导开关。为了深入研究3C-SiC/6H-SiC异质结的结特性,本文基于第一性原理的密度泛函理论首先分别对3C-SiC和6H-SiC的能带结构和电子态密度进行了计算与分析,计算结果显示6H-SiC体结构与3C-SiC体结构都呈现出间接带隙的特性,价带顶都位于G对称点,其中6H-SiC的导带底位于M对称点,3C-SiC的导带底则在X对称点。这两种结构的Si-3p与C-2p之间具有较强的轨道杂化作用,所以Si-3p、C-2p之间以共价成键为主。其次,计算了3C-SiC体单晶的Si端面的表面能态,计算结果显示3C-SiC<111>方向的Si端面体系中费米能级进入导带,弛豫前后能带结构变化甚小,6H-SiC的C端面能带图中存在着几乎与费米能级平行相交的能带,弛豫后价带有向低能量方向移动的趋势。最后搭建了3C-SiC(111)/6H-SiC(0001)异质结模型,并对几何结构优化后的异质结模型进行了计算分析,计算结果显示,3C-SiC(111)/6H-SiC(0001)异质结的价带顶位于G对称点,而导带底则位于F对称点。电子态密度分布图显示界面处的原子层在费米能级处没有出现尖峰,同时计算得到了3C-SiC/6H-SiC的价带偏移为0.0912eV,导带偏移为0.7212eV。
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