Si/SiC界面态分析

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SiC材料禁带较宽,对可见光和近红外光都没有吸收,因此一般只能用来制作紫外光探测器。为解决这一问题我们课题小组提出了利用Si/SiC异质结实现SiC器件对可见光触发的方案,但是SiC和Si理论上存在20%的晶格失配,其界面结构及微观特性对Si/SiC异质结的光电特性影响很大,尽管涉及Si/SiC异质结界面结构的研究工作已经开展并取得了一些成果,不过有关实际晶格匹配、成键机制、能带结构、电子态密度等微观理论的研究工作仍很缺乏。因此为了进一步加深对Si/SiC异质结界面结构以及界面态的认知,可以借助材料计算科学模拟的方法对Si/SiC异质结界面做更为全面的研究,本文研究重点在于从第一性原理DFT入手研究分析Si/6H-SiC的能带结构、DOS等界面态问题,主要得出了以下结论:  1.通过TEM、SAED等测试手段对实验样品进行表征,建立了不同的Si/SiC界面模型。  2.对模型Si(220)/6H-SiC(0001)进行了大量计算,分析了不同界面Si薄膜的生长情况,并在界面处发现了一个褶皱,通过对褶皱能带结构和DOS的分析解释了其形成的机理,结果表明褶皱的成因主要是由C-2p和Si-3p电子态的强烈作用造成的,并且因为界面褶皱的存在会给C面<110>生长方向的Si薄膜引入一定的缺陷。  3.对不同界面的形成能进行了计算,我们发现C面Si(220)/6H-SiC(0001)的界面能较高,说明要在相对较高的温度下才能形成这一种界面,而C面Si(111)/6H-SiC(0001)、Si面的Si(220)/6H-SiC(0001)和Si(111)/6H-SiC(0001)界面能较为接近且比较低,说明在较低温度下就能形成这几种界面,因此Si面生长时常常会出现两种模式共存的生长情况,而在C面则容易出现<111>方向的择优生长。  4.对不同界面的悬挂键密度进行了计算,结果表明Si(220)/6H-SiC(0001)的悬挂键密度比Si(111)/6H-SiC(0001)的小,说明Si(220)/6H-SiC(0001)具有更好的光电特性。
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