SiC薄膜材料理論模擬研究的動(dòng)態(tài)

　　SiC因其寬的禁帶寬度、高的電子飽和速度、大的臨界擊穿場(chǎng)強、高的熱導率和熱穩定性等特性而成為制作高頻、大功率和耐高溫器件的理想材料。綜述了SiC 材料的理論研究現狀和發(fā)展趨勢，并對研究方法和結果進(jìn)行了簡(jiǎn)要的評述。

1、引言

　　SiC作為C 和Si 唯一穩定的化合物，其晶格結構由致密排列的2 個(gè)亞晶格組成，每個(gè)Si(或C)原子與周邊包圍的C(Si)原子通過(guò)定向的強四面體SP3 鍵結合，雖然SiC 的四面體鍵很強，但層錯形成能量卻很低，這一特點(diǎn)決定了SiC 的多型體現象。己經(jīng)發(fā)現SiC 具有250 多種多型體，不同的多型體具有不同的電學(xué)性能與光學(xué)性能。SiC 的禁帶寬度為Si 的2~3 倍，電子的飽和漂移速度為Si 的2 倍，臨界擊穿電場(chǎng)約為Si 的8 倍，熱導率約為Si 的4.4 倍。SiC 的這些性能使其成為高頻、大功率、耐高溫、抗輻照器件的優(yōu)選材料，可廣泛應用于人造衛星、火箭、導彈、飛機以及通訊、海洋勘探、石油鉆井、汽車(chē)電子化等軍事和民用系統，成為國際上新材料、微電子和光電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，受到許多國家的重視和大力發(fā)展。

　　由于SiC 單晶生長(cháng)困難且代價(jià)昂貴，因此國內外對SiC 材料的外延生長(cháng)進(jìn)行了大量的研究，特別是對Si 基SiC 薄膜的外延生長(cháng)，進(jìn)行了大量的理論模擬和實(shí)驗工作。盡管SiC 外延生長(cháng)的研究已進(jìn)行了多年，但無(wú)論是生長(cháng)技術(shù)，還是生長(cháng)機理都不成熟，不同研究機構在相近條件下得出的結論存在較大的差異。因此從理論上分析SiC 的成膜機制對其外延生長(cháng)過(guò)程的了解和控制具有重要意義。

2、SiC 薄膜材料理論研究方法

　　對SiC 的理論模擬，國內外主要采用2 種方法：一種是以分子動(dòng)力學(xué)為基礎的理論模擬；另一種是從頭計算理論模擬。

2.1、分子動(dòng)力學(xué)模擬

　　所謂分子動(dòng)力學(xué)方法就是用運動(dòng)方程來(lái)計算系統的性質(zhì)，得到系統靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的一種方法。分子動(dòng)力學(xué)方法的出發(fā)點(diǎn)是物理系統確定的微觀(guān)描述。這個(gè)系統可以是一個(gè)少體系統，也可以是一個(gè)多體系統。這種描述可以是哈密頓描述或拉格朗日描述，也可以是直接用牛頓方程表示的描述。

3、結束語(yǔ)

　　到目前為止，國內外采用分子動(dòng)力學(xué)、從頭計算方法對SiC 的缺陷、晶格振動(dòng)、熱力學(xué)性質(zhì)、表面弛豫與重構、結構、能量、電子態(tài)及光譜等物理性質(zhì)展開(kāi)了大量的模擬研究，取得了一系列的成果。雖然2 種模擬方法側重點(diǎn)不用：分子動(dòng)力學(xué)模擬主要側重物質(zhì)的相互作用，而從頭計算方法主要對少量原子、分子體系的幾何結構及其穩定構型進(jìn)行模擬研究，但不管從微觀(guān)結構還是宏觀(guān)粒子作用，對SiC 的研究都取得了顯著(zhù)進(jìn)步。

　　但同時(shí)也注意到：在實(shí)驗過(guò)程中，特別在以化學(xué)氣相沉積(CVD)為基礎的制備SiC 的過(guò)程中，得到純正的SiC 幾乎是不可能的。在對摻雜了N、H 的SiC 研究過(guò)程中，發(fā)現了諸如摻雜N 濃度對SiC 的光敏特性及光學(xué)帶隙影響很大等物理現象。目前，國內外在實(shí)驗上已經(jīng)對此展開(kāi)了大量研究，但在理論模擬上，還未見(jiàn)系統報道。因此，對摻雜SiC 的物理特性展開(kāi)新一輪的研究，將是十分必要且迫切的。