S吸附對SiC表面重構(gòu)影響的第一性原理研究.pdf

1、SiC表面重構(gòu)的發(fā)生會引起表面態(tài)密度增加，這使得SiC材料表面的電學(xué)、光學(xué)等特性不同于體內(nèi)的原子，極大地影響了SiC功率器件的性能。因此本課題基于Valence-Mending概念對4H/6H/3C-SiC重構(gòu)表面進(jìn)行了S吸附計(jì)算，希望得到解開SiC重構(gòu)表面的理論模型與方法，從而為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供更好的理論依據(jù)，最終達(dá)到改善器件穩(wěn)定性的目的。本課題主要采用第一性原理計(jì)算，從吸附能、鍵長、鍵角的恢復(fù)能力、態(tài)密度、成鍵布居以及電荷布居分析等方面

2、，對4H/6H/3C-SiC重構(gòu)表面分別進(jìn)行了S原子的吸附分析，并對Si材料（2x1）重構(gòu)表面分別進(jìn)行了H、C、O、S、Se五種原子的吸附比較，進(jìn)而分析表面重構(gòu)結(jié)構(gòu)由于外來原子的引入而向體結(jié)構(gòu)恢復(fù)的程度，探索S吸附對器件特性的改善情況。主要結(jié)論如下：
　　1.吸附S原子后重構(gòu)體系的表面能都會不同程度的降低，結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，表面態(tài)數(shù)量下降，s原子與重構(gòu)鍵發(fā)生作用，重構(gòu)結(jié)構(gòu)有向體結(jié)構(gòu)恢復(fù)的趨勢，這與本課題小組在實(shí)驗(yàn)方面的結(jié)果相吻合。

3、r>　　2.對不同初始吸附位和不同覆蓋率下的SiC不同重構(gòu)表面進(jìn)行S原子的吸附對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4H/6H-SiC表面兩種重構(gòu)結(jié)構(gòu)的最佳初始吸附位是TOP位，（√3×√3）R30°（以下簡稱√3）重構(gòu)和（3x3）重構(gòu)的最佳吸附率分別是1/2ML和1/3ML。3C-SiC表面（3x2）重構(gòu)的最佳初始吸附位是H3位，最佳吸附率是1/6ML；（2x1）重構(gòu)的最佳初始吸附位是B位，最佳吸附率是1/2ML。
　　3.吸附的S原子解開表面重構(gòu)鍵

4、的能力對不同重構(gòu)結(jié)構(gòu)是不一樣的。其中4H-SiC重構(gòu)表面的鍵長、鍵角恢復(fù)程度比6H-SiC稍大；相比于（3x3）重構(gòu)，√3力重構(gòu)的鍵角恢復(fù)更明顯，吸附能更低，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，S原子對√3）重構(gòu)結(jié)構(gòu)的恢復(fù)影響更大。而3C-SiC表面重構(gòu)鍵的恢復(fù)較之4H/6H-SiC更明顯；相比于（3x2）重構(gòu)，（2x1）重構(gòu)的吸附能更低，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，鍵長、鍵角的恢復(fù)程度稍高，S吸附對（2x1）重構(gòu)面的解重構(gòu)貢獻(xiàn)要大些。
　　4.吸附S原子后，4H/6H

5、/3C-SiC表面重構(gòu)結(jié)構(gòu)均有向體結(jié)構(gòu)恢復(fù)的趨勢，但恢復(fù)能力不同。其中4H-SiC表面重構(gòu)結(jié)構(gòu)的恢復(fù)程度比6H-SiC稍大，而3C-SiC的重構(gòu)表面受S原子的影響最大，重構(gòu)結(jié)構(gòu)恢復(fù)最為理想，同時(shí)立方結(jié)構(gòu)體系的表面吸附能相對較小，表面穩(wěn)定性更強(qiáng)。
　　5.對Si表面（2x1）重構(gòu)結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了H、C、O、S、Se五種原子的吸附比較，發(fā)現(xiàn)吸附原子均有向最穩(wěn)定的吸附位置B位移動的趨勢，表面非對稱的硅硅二聚物由于外來原子的引入變成了對稱結(jié)