碳化硅能帶結構

  碳化硅同素異構體間晶體結構的差別，必然導致其能帶結構的變化。關于碳化硅能帶結構的理論計算最早可追溯到日本Kobayashi發(fā)表于1956年的開創(chuàng)性工作。至今60余年來已發(fā)表了大量研究結果，但大多是針對結構較簡單的2H-SiC和3C-SiC和常用的4H-和6H-SiC。由于其他同素異構體的元胞所含原數(shù)目較大，計算工作相當復雜，對這些材料能帶結構的理論認識目前還很不夠。但是，大量的理論計算和光學測量的結果表明，碳化硅同素異構體的能帶結構也有明顯的共同點。其中最主要的一點就是:碳化硅所有同素異構體的禁帶都是間接躍遷型，其價帶極大值都位于布里淵區(qū)中心(Γ 點)，而導帶極小值則位于布里淵區(qū)邊緣。同素異構體間能帶結構的差異主要存在于禁帶的寬度和決定禁帶寬度的導帶極小值在k空間的位置，以及E(k)曲線在這些極值點的曲率，即電子和空穴的有效質量。譬如，決定2H-SiC和3C-SiC禁帶寬度的導帶極小值分別位于布里淵區(qū)的K點和X點，它們分別是<110>晶軸和<100>晶軸與布里淵區(qū)的交點。各種碳化硅同素異構體的禁帶寬度雖然不同，但其變化趨勢與其晶體結構中六方結構所占比例的變化趨勢基本一致，即隨著六方結構比例的增加從3C-SiC的2.36eV展寬到2H-SiC的3.33eV。一些碳化硅同素異構體的禁帶寬度如前面的表1所示a。表中，僅有15R-SiC和33R-SiC的禁帶寬度對上述變化規(guī)律略有例外。

 
  碳化硅的三種主要同素異構體3C-SiC、4-SiC和6H-SiC的電子、空穴有效質量和導帶、價帶等效態(tài)密度等與能帶結構有關的特性參數(shù)列于表2。由于所有碳化硅同素異構體的導帶底皆位于布里淵區(qū)邊沿，導帶底附近的等能面皆為各向異性的橢球面，因而電子有效質量有縱(m₁)橫(m_t)之分，且態(tài)密度有效質量m_nd和電導有效質量m_c也不相同；而所有同素異構體的價帶頂皆位于布里淵區(qū)中心，空穴有效質量各向同性，且所列三種材料的價帶頂皆無簡并，因而也無輕重之分和態(tài)密度有效質量與電導有效質量之分。  
  碳化硅的禁帶也會隨溫度升高而變窄。三種主要同素異構體3C-SiC、4H-SiC和6H-SiC的禁帶寬度E_g隨溫度變化的規(guī)律可分別用下列經(jīng)驗公式表示： 式中E_g(0)—外推至絕對零度時的禁帶寬度，溫度T以K為單位。
 
  這三種同素異構休禁帶寬度隨靜壓力P(單位kbar)的變化規(guī)律分別為：


上一篇：碳化硅晶體結構
下一篇：碳化硅雜質原子及電離能