SiC生长初期C原子沉积过程的分子动力学模拟

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1、河北大学硕士学位论文SiC生长初期C原子沉积过程的分子动力学模拟姓名：滕晓云申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：李晓苇;于威2001.6.1摘要本文采用分子动力学方法，以Tersoff势flESi、C原子间的相互作用势，对Si(001)清洁表面构型及SiC生长初期C原子的沉积机制进行了较为详细的研究。通过对荷能C原子与Si(001)相互作用过程的分析，探讨了荷能C原子作用下，碳化层的生长机理。模拟结果包括(I)si(001)清洁表面构型有趋于(2×1)再构的趋势t(2)给出了C原子在Si(001)再构表面的沉积机制．(3)C原

2、子相对于衬底表面不同的局部构型发生不同的碰撞过程．(4)C原子能量的提高有利于成键过程的发生并有利于衬底温度的降低及物相转变的实现。所得结论对SiC生长中有效地控制实验参数，对低温条件下实现高品质SiC薄膜生长的研究有重要意义。关键词分子动力学模拟：C原子；Si衬底}芊一●k’-_-●，-’●AbstractabstractThesurfacerelaxationof(oo1)SiandthedepositiondynaIIlicsofCatomonSi(001)surfacearestudiedbymoleculardynam

3、icsmethodusingsemi’empiricalmany—bodyTersoffpotential．Themainresultsincludetllat：theatomsinsurfaceof(001)Siarerearrangedandformbonding：thereisaenergythresholdwhentheCatomdepositontheSizurface；whenincidentcarbonatomwithhigherenergy,thechemisorptionwithsiliconsubstrate

4、calloccureasily；wealsofindthathigherincidentenergybenefitto10wsubstratetemperatureandrealizethephasetransformationofparticIe．Theseresultshaveimportantreferencevalueforcontrollingexperimentalconditiontosynthesizehighqualitysilicon-carbonatthelowtemperature．Keywordmole

5、culardynamicsimulatio；Catom；SisubstrateⅡ第一章绪论SiC事实上是一个很古老的材料。早在1824年，瑞典科学家Berzelius(1779—1848)在人工合成金刚石的过程中就观察到了SiC的存在，但是因为天然的SiC单晶极少，当时人们对SiC的性质几乎没有什么了解。直到l885年，Acheson首次生长出SiC晶体之后，人们才丌始对SiC的特性、材料制备方法及应用前景等多方面开始了深入研究。SiC作为C和Si唯一稳定的化合物，其晶格结构由致密排列的两个亚晶格组成，每个Si(或C)原子与周边

6、包围的c(si)原子通过定向的强四面体SP3键结合，虽然SiC的四面体键很强，但层错形成能量却很低，这一特点决定了SiC的多型体现象，已经发现SiC具有250多种多型体，每种多型体的C／Si双原子层的堆垛次序不同。最常见的多型体为立方密排的3C．SiC和六角密排的4H、6H．SiC。不同的多型体具有不同的电学性能与光学性能。SiC的禁带宽度为si的2—3倍．热导率约为Si的4．4倍，临界击穿电场约为Si的8倍，电子的饱和漂移速度为Si的2倍。SiC的这些性能使其成为高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体器件的优选材料，可用于地面核

7、反应堆系统的监控、原油勘探、环境监测及航空、航天、雷达、通讯系统和大功率的电子转换器及汽车马达等领域的极端环境中。另外，采用SiC所制备的发光二极管的辐射波长可以覆盖从蓝光到紫光的波段，在光信息显示系统及光集成电路等领域中具有广阔的应用前景。SiC单晶材料的优良特性显示出其进入商业领域的诱人前景．使得人们逐步增强了对SiC材料生长的研究兴趣．近年来国内外已广泛丌展了SiC材料、工艺器件及集成电路的研究工作。目fj{『，SiC的外延生长主要采用溅射法(sputting)、激光烧结法(1aserablation)、升华法(subli

8、mationepitaxy)、液相外延法(LPE)、化学气相外延法(CVD)和分子束外延法(MBE)等技术．所采用的衬底主要为SiC单晶和si单晶。SiC单晶衬底上外延的SiC薄膜中缺陷比较少，但衬底十分昂贵，虽然Si与SiC的晶格常数失配为20％、热膨胀系数失