S吸附对SiC表面重构影响的第一性原理研究

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SiC表面重构的发生会引起表面态密度增加,这使得SiC材料表面的电学、光学等特性不同于体内的原子,极大地影响了 SiC功率器件的性能。因此本课题基于Valence-Mending概念对4H/6H/3C-SiC重构表面进行了 S吸附计算,希望得到解开SiC重构表面的理论模型与方法,从而为实验验证提供更好的理论依据,最终达到改善器件稳定性的目的。本课题主要采用第一性原理计算,从吸附能、键长、键角的恢复能力、态密度、成键布居以及电荷布居分析等方面,对4H/6H/3C-SiC重构表面分别进行了 S原子的吸附分析,并对Si材料(2x1)重构表面分别进行了H、C、O、S、Se 五种原了的吸附比较,进而分析表面重构结构由于外来原子的引入而向体结构恢复的程度,探索S吸附对器件特性的改善情况。主要结论如下:1.吸附S原子后重构体系的表面能都会不同程度的降低,结构趋于稳定,表面态数量下降,S原子与重构键发生作用,重构结构有向体结构恢复的趋势,这与本课题小组在实验方面的结果相吻合。2.对不同初始吸附位和不同覆盖率下的SiC不同重构表面进行S原子的吸附对比,结果发现,4H/6H-SiC表面两种重构结构的最佳初始吸附位是TOP位,((?)×(?))R30°(以下简称(?))重构和(3x3)重构的最佳吸附率分别是1/2ML和1/3ML。3C-SiC表面(3x2)重构的最佳初始吸附位是H3位,最佳吸附率是11/6ML; (2x1)重构的最佳初始吸附位是B位,最佳吸附率是1/2MIL。3.吸附的S原了解开表面重构键的能力对不同重构结构是不一样的。其中4H-SiC重构表面的键长、键角恢复程度比6H-SiC稍大;相比于(3x3)重构,(?)重构的键角恢复更明显,吸附能更低,结构更稳定,S原子对(?)亟构结构的恢复影响更大。而3C-SiC表面重构键的恢复较之4H/6H-SiC更明显;相比于(3x2)重构,(2x1)重构的吸附能更低,结构更稳定,键长:、键角的恢复程度稍高,S吸附对(2x1)重构面的解重构贡献要大些。4.吸附S原子后,4H/6H/3C-SiC表面重构结构均有向体结构恢复的趋势,但恢复能力不同。其中4H-SiC表面重构结构的恢复程度比6H-SiC稍大,而3C-SiC的重构表面受S原子的影响最大,重构结构恢复最为理想,同时立方结构体系的表面吸附能相对较小,表面稳定性更强。5.对Si表面(2x1)重构结构分别进行了 H、C、O、S、Se五种原子的吸附比较,发现吸附原子均有向最稳定的吸附位置B位移动的趋势,表面非对称的硅硅二聚物由于外来原子的引入变成了对称结构,且不同吸附原子对应的重构表面键长、键角恢复能力相差较大。对于吸附原子H、C、O、S、Se来说,键角的最高恢复率分别是18%、19%、21%、51%、20%,故当吸附原子为S且吸附率为1/2ML下的B位吸附时,表面重构结构的键角恢复程度最大。
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