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SiC多型体的第一性原理计算研究

周艳萍  
【摘要】:SiC是一种极具潜力的第三代宽带隙半导体。由于它具有宽带隙、高硬度、高热导率等优良性能,在高温、高频、高压、高功率电子器件中有着重要应用。随着理论研究的不断深入及实验技术的不断提高,对SiC原子和电子结构的理论和实验研究也引起了人们极大的兴趣。 本文采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,利用CSATEP程序模块,对四种碳化硅多型体进行了原子、电子结构和声子态密度等方面的第一性原理研究。 基于密度泛函理论下的广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)平面波赝势方法,本文对立方相碳化硅(3C)、六方相碳化硅(2H),以及4H和6H碳化硅进行了晶体结构、电子性质及力学性能等方面的计算。经过结构的几何优化,得到的稳定结构晶格常数与已知的实验数据相吻合。在此基础上,对3C、2H、4H和6H碳化硅进行的能带结构、态密度计算分析结果表明它们都具有半导体性质,其中3C-SiC存在直接带隙,nH-SiC为间接带隙。利用基于Mulliken轨道重叠布局数的固体共价本征硬度的计算方法,计算了各结构多型体碳化硅的本征硬度值,并与实验数据比较,结果基本相符,证实它们均属于超硬材料。 此外,利用CASTEP软件模块,计算得出了各碳化硅多型体的声子谱及声子态密度,并对此进行分析,结合相关理论得出了在真空环境中碳化硅多型体热力学状态函数间的相互关系,并推导了热容、德拜温度等热力学性质随温度变化的关系,得出了各多型体在不同温度处的德拜温度介于1200 K -1500 K之间。


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