SiC半导化掺杂电子结构及物理性质的第一性原理计算
First-Principles Study on Electronic Structure And Physical Properties of SiC Material Doped with Semi-Additives
SiC具有优越的半导体特性,并且成为第三代半导体的核心材料,随着半导体器件的发展越来越迅速,纯净的半导体材料的性能越来越不能满足实际应用的需求,所以利用掺杂改性的方法,就成了一种拓展SiC材料应用范围的有效手段,因此在近年来,对本征SiC掺杂问题的研究也更多的受到科研工作者的重视.本文是利用基于密度泛函理论的第一性原理的计算方法,分别选取了SiC的两种常见的晶体结构3C-SiC和4H-SiC作为本征体,通过掺杂Ⅲ主族元素(B、Al、Ga)及Ⅴ主族元素(N、P、As),实现了3C-SiC及4H-SiC的p型掺杂及n型掺杂.分别分析讨论了两种掺杂方式对掺杂体系的能带结构、电子态密度、布居分析、介电常数及弹性性质的影响.本文主要探讨的内容以及计算结果分析如下:一、以3C-SiC为本征体时,计算得到本征3C-SiC的禁带宽度为1.424eV,随着Ⅲ主族元素(B、Al、Ga)的掺入,体系的禁带宽度依次增大,且掺杂体系表现出直接带隙的特征,掺杂后3C-SiC的跃迁类型从间接类型变成了直接类型,掺杂原子都使其费米能级穿过价带,使3C-Si C表现出p型半导体的特征;随着Ⅴ主族元素(N、P、As)的掺杂,除了N掺杂体系外,P、As的掺杂均使3C-SiC的禁带宽度变大.且掺杂原子都使其费米能级穿过导带,使3C-SiC体现出n型半导体的特点;通过介电常数的计算分析发现,无论是p型掺杂还是n型掺杂,掺杂体系的静介电常数均增大,由弹性性质分析可知,无论是p型掺杂还是n型掺杂,掺杂体系的体弹性模量与剪切模量都有不同程度的减小.二、以4H-SiC作为本征体,计算得到本征4H-SiC的禁带宽度为2.282e V,随着Ⅲ主族元素(B、Al、Ga)的掺入,经过几何优化后,掺杂体系均发生了不同程度的晶格畸变,且掺杂后体系的禁带宽度都减小,变成了间接带隙半导体材料,且费米能级均穿过了价带,使4H-SiC掺杂体现出p型半导体的特征;随着Ⅴ主族元素(N、P、As)的掺入,掺杂体系的禁带宽度都小于本征的4H-SiC的禁带宽度,其能带跃迁类型由本征体的间接跃迁型变为直接跃迁型.掺入的N、P、As元素在导带底提供了大量相对自由的电子充当载流子,形成了施主能级,费米能级穿过导带,使4H-SiC掺杂体体现出n型半导体的特点;由介电常数分析可知,无论是p型还是n型掺杂,掺杂体系的静介电常数与本征4H-SiC相比,数值相差不大;由弹性性质的计算,可以得到,无论是p型掺杂还是n型掺杂,掺杂体系的剪切模量都是减小的,而体积模量中,除了N掺杂体系与P掺杂体系的体积模量略微增大,其余掺杂体系的体积模量都在减小.
- 作者：
- 张晓旭
- 学位授予单位：
- 伊犁师范学院
- 专业名称：
- 物理学、凝聚态物理
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 黄以能；张丽丽
- 中图分类号：
- O469
- 关键词：
- SiC；第一性原理；电子结构；介电常数；弹性性质
- SiC; First-principles; Electronic structures; Permittivity; Elastic properties;