论文部分内容阅读
半导体SiC材料以其禁带宽、饱和电子漂移速度大、临界雪崩击穿电场高和热导高的特点,在大功率、高频、耐高温、抗辐射器件及光电子集成器件方面,具有重要的应用价值而备受重视。但SiC是间接带隙半导体,发光过程是一个二级过程,其光电转换效率相对较低,制约了其广泛应用。近年来,理论和实验研究取得了很大的进展,发现SiC可以通过掺杂的方式来实现带隙由间接变成直接,极大地提高了发光效率。目前,对SiC进行的Ⅲ族元素B高浓度掺杂的光学性质研究还较少。本论文基于密度泛函理论的第一性原理,计算了B掺杂SiC(1×1×1)和(2×2×2)立方晶胞的电子能带结构,发现通过掺杂,能带结构的确可以实现间接带隙向直接带隙转变。同时还计算了光电子材料的光电性质,如介电函数,折射击率,损耗函数,吸收系数等,对造成掺杂前后电子结构和光学性质不同给出了合理理论解释。相信该论文的研究成果对器件的设计具有很重要的实际意义。本论文的结构如下:第一章,阐明了课题的研究背景和论文研究的意义,介绍了SiC的基本特性和应用现状及前景。第二章,介绍了基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,重点介绍了赝势理论,并详细介绍了CASTEP(Cambridge Serial Total Energy Package)软件。第三章,利用CASTEP软件,研究了B取代闪锌矿结构SiC中的C,计算了B掺杂SiC(1×1×1)和(2×2×2)立方晶胞的电子结构和光学性质。计算结果显示,掺杂使材料能带结构发生了变化,价带顶由B2P态轨道电子决定而不同与掺杂前由C2P态轨道电子决定,禁带宽度减小,具有了间接带隙向直接带隙转变的趋势。同时杂质B的引入,吸收系数峰值随浓度增大而增强,并出现红移现象,介电函数在低频区发生显著变化。第四章,研究了B分别替代(2×2×1)SiC中的C(BC)和Si(BSi),考察了不同替代对光谱特性和晶格材料的影响,计算结果表明除电子结构有差异外,BSi介电谱和导电谱在红外区皆有峰值而BC则较为平坦。这是因为BC遵循洛兹(Lorentz)色散理论而BSi遵循德鲁德(Drude)色散理论。