SiC材料P型掺杂的第一性原理研究

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宽禁带导体材料SiC拥有许多优越的物理特性,这使得它在高温,高频,大功率,以及极端化学环境下具有广泛应用。目前,对于SiC材料的电子结构,缺陷态,表面、界面态等方面已有了不少理论和实验研究。其中,对于N型掺杂前人研究较多,而对于P型掺杂的空间结构,电子结构还没有一个系统的研究。本文采用基于泛函理论框架下的第一性原理软件VASP对SiC材料P型掺杂空间结构,电子结构进行研究。主要研究内容如下:一、系统计算了SiC的几何和电子结构,包括晶体结构,能带结构,态密度。结果表明:SiC是一种间接半导体材料,它的价带顶(R点)电子主要由C的2p以及Si的3p提供,导带底电子主要由Si的3p态贡献。二、系统的计算了不同掺杂物B, Al, Ga以相同浓度掺杂SiC时的几何结构和电子结构,包括晶格常数,能带结构。结果表面:在相同浓度下,掺Ga的禁带宽度最大,其次是Al,禁带宽度最小的是B。同时,通过比较对于同一掺杂物,在掺杂浓度不同时,我们发现:随着掺杂B原子浓度的增大,禁带宽度随之减小;而随着掺杂Al, Ga原子浓度的增大,禁带宽度随之增大。三、系统的计算了SiC掺杂B, Al, Ga在不同浓度下的态密度,分波态密度,电荷密度分布,从而分析掺杂物不同,浓度不同时,造成其禁带宽度改变的微观机理。四、计算了SiC掺杂过渡金属V, Cr, Mn后磁学性能,结果表明:V,Cr, Mn掺杂SiC时,V得到几何结构最为稳定;而Cr掺杂SiC铁磁性最为稳定,其次是Mn,铁磁性最弱的是V。
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