苏晋阳，郭瑞贤，刘淑平

(太原科技大学 应用科学学院，太原 030024)

碳化硅(SiC)是一种新型宽带隙半导体材料[1]，具有优秀的物理化学性质，并且在高温、高频和高功率器件领域得到了广泛的应用[2]。晶体结构分析表明，SiC具有250多种同型异构体[3]，工业上制造半导体时通常使用3C-SiC,4H-SiC,6H-SiC[4].如图1所示,3C-SiC是C-Si双原子层按照ABC的堆垛顺序排列，4H-SiC是C-Si双原子层按照ABCB的堆垛顺序排列，6H-SiC是C-Si双原子层按照ABCACB的堆垛顺序排列。其中4H-SiC是这三种常用半导体中带隙最宽，电子迁移率最高，符合大功率电子器件的需求[5]。4H-SiC作为一种宽带隙(3.26 eV)半导体，与Si相比，4H-SiC带隙约为Si(1.12 eV)的3倍[6]，电子漂移速度比Si高2倍[7]，热导率为Si的3倍，临界击穿场强度大约为Si的8-10倍[7]。因此，4H-SiC是极端工作条件下的理想电子学材料[8]。本文主要从两个方面进行分析，一，通过第一性原理进行结构优化得出4H-SiC上每一个含缺陷薄膜的态密度(DOS)与完美薄膜的DOS比较得出薄膜能带结构及电子状态的变换。二，计算缺陷形成能重而得出缺陷形成的难易程度。

图1 SiC的三种结构

1 计算模型与方法

4H-SiC属于纤锌矿结构，每个晶胞内含有一个Si原子和一个C原子[9]。表示的是计算时4H-SiC完美薄膜表面，4H-SiC薄膜上的碳空位缺陷(VC)和硅空位缺陷(VSi)，硼原子掺杂和磷原子掺杂。所有计算均使用Cambridge Serial Total Energy Package(CASTEP)[10]中执行。通过Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(BFGS)[11]方法对晶体缺陷系统进行几何优化，将能量最低结构作为晶体稳态结构。

利用平面波基矢对价电子波函数进行了扩展，其中平面波截止能设定为310 eV，总能量和电荷密度在对Brilouin区的积分计算使用……