4H-SiC外延层中结构缺陷的分子动力学研究

摘要

4H-SiC材料具有许多优于硅材料的优良性质，已成为国际上新材料领域及微电子和光电子领域研究的热点。本文对同质外延生长的4H-SiC材料中的缺陷进行研究。主要研究4H-SiC外延材料中存在的堆垛层错的形成机理，以及将这些位错进行分子动力学的模拟时的计算方法等。
　　 本文介绍了SiC材料的晶体结构，以及晶体结构与缺陷之间的关系。详细介绍了SiC外延材料中的缺陷类型，形貌缺陷和结构缺陷；介绍了这些缺陷的起源、特性和对器件的影响。介绍了课题的背景，由于SiC外延生长中经常产生一定密度的位错，理论和实验的需求促使人们研究SiC中位错的性质。介绍了分子动力学模拟计算的特点。分子动力学模拟由于其自身特有的优点，成为研究材料位错的有效工具。讲解了位错理论。包括位错的弹性场模型，位错的分类方法，位错受力。讲解了分子动力学的计算方法。在讲述基本的分子动力学原理的同时，特别注意选取了流行的2种势函数来讲解。介绍了Parinello-Rahman算法，这一算法允许了边界变化，使得分子模拟可以用来研究位错的运动。
　　 本文对4H-SiC外延材料的结构缺陷进行了研究。对外延材料中存在的位错、微管和堆垛层错等结构缺陷进行了详细的研究。另外还对4H-SiC中局部位错的形成及运动机理，微管的形态和分类等进行了研究。分析利用分子动力学模拟方法验证了4H-SiC中局部位错的Si位错芯及C位错芯的弯结运动机理(REDG机制)，得出在对称重组(SRs)中Si(g)30°局部位错对于REDG的贡献。对以后用分子动力学方法研究4H-SiC堆垛位错的形成及外延层中其他位错的形成和特点有一定的实际指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究的目的和意义

1.2 4H-SiC外延材料中的缺陷

1.3分子动力学在材料模拟中的应用

1.4国内外4H-SiC外延材料缺陷分子动力学模拟现状

1.5本论文的主要工作

第二章 位错及分子动力学的基本理论

2.1前言

2.2位错的基本理论

2.3分子动力学

2.4位错的表征方法

2.5本章小结

第三章 4H-SiC外延材料中位错的研究

3.1前言

3.2堆垛层错(SFs)的形成及其行为的研究

3.2.1堆垛层错(SFs)的形成

3.2.2堆垛层错(SFs)的形为及其影响

3.3微管(MPs)的位错测定及其计算

3.3.1利用X-ray计算外延层中微管引起的形变

3.3.2 4H-SiC外延层中微管的结构分析

3.4螺旋位错TSDs的形貌及影响

3.5本章小结

第四章 SiC位错的分子动力学模拟研究

4.1前言

4.2模型建立

4.2.1 4H-SiC点阵晶胞结构的建立

4.2.2 4H-SiC结构位错的建立

4.3计算方法

4.3.1从头计算分子动力学方法

4.3.2 CASTEP

4.4模拟结果的分析和讨论

4.4.1第一性原理计算结果的讨论方法

4.4.2 4H-SiC局部位错模拟计算结果的讨论

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2本论文的不足和展望

致谢

参考文献

作者在读期间研究成果