金屬-石墨烯-4H-SiC接觸界面的第一性原理研究.pdf

1、作為第三代半導體材料，SiC具有寬禁帶、高臨界擊穿場強、高熱導率等優(yōu)異的物理性質(zhì)，在高溫、大功率、高頻電子器件中得到廣泛關(guān)注。良好的歐姆接觸是決定SiC器件性能的關(guān)鍵，理論上講歐姆接觸的性能主要取決于金屬與SiC接觸的肖特基勢壘高度，勢壘越低越有利于形成良好的歐姆接觸。目前SiC歐姆接觸的制備主要采用金屬與SiC接觸后在高溫退火下形成，對于其中歐姆接觸形成的機理，目前大量研究表明可能是在金屬/SiC接觸界面處形成了石墨過渡層使得接觸勢壘

2、降低。石墨烯具有優(yōu)良的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)，其中零帶隙和高的載流子遷移率等特點可能滿足過渡層的要求，而且相對于石墨，石墨烯具有快的電子傳輸速率，因此金屬/石墨烯/SiC界面體系可能有低的肖特基勢壘從而具有良好的歐姆特性，但這缺乏理論和實驗依據(jù)。
　　本文嘗試將石墨烯作為過渡層引入到金屬/4H-SiC接觸體系中，采用第一性原理，應(yīng)用能帶補償理論方法和局域態(tài)密度方法計算了含不同層數(shù)石墨烯的金屬/石墨烯/4H-SiC接觸相對于不含石墨烯的

3、金屬/SiC接觸的肖特基勢壘降低量，并分析了其界面結(jié)構(gòu)、原子間相互作用和金屬誘生能隙態(tài)的情況。通過對金屬/石墨烯/4H-SiC界面的優(yōu)化，在SiC表面出現(xiàn)了√3×√3R30°Si原子的結(jié)構(gòu)單元，該結(jié)構(gòu)單元可以合理的模擬界面的情況。計算結(jié)果表明，相對于不含石墨烯的體系，含有石墨烯過渡層體系的肖特基勢壘高度都得到了有效降低。其中含有兩層及以上石墨烯的Pt、Ni和Ti的體系與含有一層到多層石墨烯過渡層的Pd、Ag和Cu的體系，肖特基勢壘高度的