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金属/SiC界面势反演和应用

赵寒月  
【摘要】: 金属/SiC界面广泛存在于SiC器件中,对其性质有决定性的影响,是SiC材料应用过程中需要研究的重要课题。现有的理论工作主要集中于第一原理计算,受计算量限制,只能对简单界面模型进行研究。另外,相关界面势的缺乏导致金属/SiC界面上的原子级模拟无法开展,使得理论对于这类界面的复杂结构性质了解甚为有限。 针对这种情况,本文寻求一种系统的方法来获取金属/SiC体系的界面势。出于简单方便的考虑,首先选用了对势模型。利用晶格反演方法,可以直接从共格界面构型的粘合能曲线中反演界面对势。应用于受限的相空间时,对势是一种简单有效的模型。但如果模拟时需要同时描述所有高对称性的共格界面构型,则其可移植性需要改善。从金属/SiC体系的电荷密度分布即可看出,界面上金属和SiC之间的键存在着共价的特征,这是导致对势模型在这类界面上可移植性差的主要原因。由此引入MSW三体相互作用对界面势的可移植性作了有效的改进。这种方法在Al/SiC(111)界面上获得了成功。 利用反演获得的界面势,本文研究了金属/SiC界面在纳米和亚微米尺度的结构性质。对金属层覆盖率较低时的界面结构,直接通过模拟沉积过程来得到,其结果与已有的实验相一致。对金属层覆盖率较高时的情况,引入了失配位错位置的概念,提出了包含共格过渡层的失配位错模型。这些结果能够为今后的实验和第一原理计算提供一些结构信息。 界面势也被用于对界面力学性质的研究。对金属/SiC的拉伸模拟发现,由于金属和SiC之间的粘合通常都很强,断裂容易发生在金属层中,这使得整个界面的力学强度被削弱。 作为对功能性质的探索,本文还用第一原理方法研究了合金/SiC界面的结构、粘合性质和肖特基势垒。这个研究从理论上揭示了不同金属共存于半导体表面时的一些有趣的物理现象。


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