碳化硅晶體生長的分子動力學(xué)模擬研究.pdf

1、碳化硅具有帶隙寬、熱導(dǎo)率高、電子飽和漂移速率大等優(yōu)異的電學(xué)性能,正展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的市場前景,因此近年來對碳化硅的研究非常熱門。本文以碳化硅為研究對象,運(yùn)用分子動力學(xué)模擬方法,首先對比研究了MEAM勢和Tersoff勢描述的碳化硅在熔化和晶體生長過程方面的異同,選出更適合碳化硅晶體生長的勢函數(shù)。然后使用該勢函數(shù)模擬了不同溫度、不同碳濃度和不同生長面對碳化硅單晶生長的影響,結(jié)果表明:
　　 (1)MEAM勢和Tersof

2、f勢描述的碳化硅的熔化過程基本相同,不同的是兩者的熔點(diǎn):MEAM勢的體熔點(diǎn)為4250 K,熱力學(xué)熔點(diǎn)為:3338 K；Tersoff勢的體熔點(diǎn)為4750 K,熱力學(xué)熔點(diǎn)為3430 K。MEAM勢的熔點(diǎn)與物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果更接近。兩種勢函數(shù)描述的碳化硅在晶體生長方面差異很大,Tersoff勢描述的SiC在過冷度為0 K-1000 K的范圍內(nèi)均不能生長,而MEAM作用下的SiC的晶體在一定過冷度下可以生長,且過冷度約為400 K時(shí)晶體生長速率最快

3、。
　　 (2)采用MEAM勢函數(shù),對不同溫度條件下碳化硅的晶體生長模擬發(fā)現(xiàn):在溫度范圍為2100—3300K內(nèi),碳化硅晶體生長速率隨溫度的升高先是逐漸增大,到溫度為2900K時(shí),碳化硅晶體的生長速率達(dá)到最大值,其后,碳化硅晶體的生長速率隨溫度的升高而逐漸減少。低于2100K時(shí)(1700K),碳化硅晶體不能正常長大,高于3300K時(shí)(3400K),碳化硅晶體會出現(xiàn)熔化現(xiàn)象。并從理論上對溫度與碳化硅晶體生長速率之間的關(guān)系加以了分析

4、。
　　 (3)采用MEAM勢函數(shù),在2900K溫度和不同碳的原子濃度條件下模擬碳化硅晶體生長時(shí)發(fā)現(xiàn):碳濃度低于45％時(shí),隨著碳濃度的增加,生長速率越來越快。當(dāng)碳濃度低至1％時(shí),碳化硅晶體基本不能生長；而當(dāng)碳濃度超過45％時(shí),生長速率會開始降低。
　　 (4)采用MEAM勢函數(shù),生長面分別為(100)、(111)和(110)晶面的碳化硅晶體生長過程模擬發(fā)現(xiàn):在2900K溫度下,(100)和(111)生長面的碳化硅均能正常