碳化硅能帶結(jié)構(gòu)

  碳化硅同素異構(gòu)體間晶體結(jié)構(gòu)的差別，必然導(dǎo)致其能帶結(jié)構(gòu)的變化。關(guān)于碳化硅能帶結(jié)構(gòu)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(jié)果，但大多是針對結(jié)構(gòu)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(gòu)體的元胞所含原數(shù)目較大，計算工作相當(dāng)復(fù)雜，對這些材料能帶結(jié)構(gòu)的理論認(rèn)識目前還很不夠。但是，大量的理論計算和光學(xué)測量的結(jié)果表明，碳化硅同素異構(gòu)體的能帶結(jié)構(gòu)也有明顯的共同點(diǎn)。其中最主要的一點(diǎn)就是:碳化硅所有同素異構(gòu)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(diǎn))，而導(dǎo)帶極小值則位于布里淵區(qū)邊緣。同素異構(gòu)體間能帶結(jié)構(gòu)的差異主要存在于禁帶的寬度和決定禁帶寬度的導(dǎo)帶極小值在k空間的位置，以及E(k)曲線在這些極值點(diǎn)的曲率，即電子和空穴的有效質(zhì)量。譬如，決定2H-SiC和3C-SiC禁帶寬度的導(dǎo)帶極小值分別位于布里淵區(qū)的K點(diǎn)和X點(diǎn)，它們分別是<110>晶軸和<100>晶軸與布里淵區(qū)的交點(diǎn)。各種碳化硅同素異構(gòu)體的禁帶寬度雖然不同，但其變化趨勢與其晶體結(jié)構(gòu)中六方結(jié)構(gòu)所占比例的變化趨勢基本一致，即隨著六方結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)體3C-SiC、4-SiC和6H-SiC的電子、空穴有效質(zhì)量和導(dǎo)帶、價帶等效態(tài)密度等與能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性參數(shù)列于表2。由于所有碳化硅同素異構(gòu)體的導(dǎo)帶底皆位于布里淵區(qū)邊沿，導(dǎo)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(zhì)量有縱(m₁)橫(m_t)之分，且態(tài)密度有效質(zhì)量m_nd和電導(dǎo)有效質(zhì)量m_c也不相同；而所有同素異構(gòu)體的價帶頂皆位于布里淵區(qū)中心，空穴有效質(zhì)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(zhì)量與電導(dǎo)有效質(zhì)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(gòu)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(yàn)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(gòu)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(jié)構(gòu)
下一篇：碳化硅雜質(zhì)原子及電離能