掺N的4H-SiC第一性原理研究

【摘要】：本文采用密度泛函理论的广义梯度近似方法对掺N的4H-SiC若干属性进行了第一性原理研究。主要计算并分析了掺N对于4H-SiC在形成能、能带结构、态密度、光学性质等方面造成的影响。 计算结果表明,N在4H-SiC中c位替换形成能比h位替换的略小,说明c位替换在4H-SiC中浓度比h位替换略高,但差距不大。同时对不同实验条件下的形成能研究表明,在富Si实验条件下的N杂质浓度高于富C实验条件下的杂质浓度。 通过能带结构和态密度的研究表明,N杂质在4H-SiC中是一个浅的施主能级,掺杂将导致4H-SiC禁带宽度变小,这主要是由于导带往价带方向移动造成的。对于禁带宽度变化原因笔者研究重叠布居数后认为是N-Si键强度不如C-Si键强导致电子云重叠减弱造成的。 4H-SiC是一种重要的极具潜力的光电材料,因此我们还研究了他的光学特性。研究表明掺N将导致4H-SiC不管在平行于c轴还是垂直于c轴方向都会出现吸收峰,不同的是在垂直于c轴仅有一个峰而平行于c轴有两个峰。这都将导致4H-SiC在红外波段的应用受到限制,同时4H-SiC在高能段的吸收谱整体向低能端移动,表明4H-SiC在紫外波段将有一个更大的透过窗口。