Effects of thermal, elastic, and surface properties on the stability of SiC polytypes
SiC多型体已经研究了几十年，无论是实验还是原子模拟，但在决定其稳定性和生长的因素上尚未达成共识。建议的控制因素是温度依赖的差异，在体能量，双轴应变诱导通过点缺陷，和表面性能。本文采用密度泛函理论研究了3C、2 H、4 H和6 H多型体的热力学稳定性。多型体之间的体积能量的微小差异可能导致其能量排序的复杂变化，这取决于计算方法。因此，我们采用和比较各种DFT代码：VASP，CP 2K和FHI目标;交换相关泛函：LDA，PBE，PBESol，PW 91，HSE 06，SCAN和RTPSS;和九种不同的范德华（vdW）校正。在$T=0$ ~K，4 H-SiC比3C-SiC稍微更稳定，并且通过包括来自晶格振动的熵效应，稳定性进一步随温度增加。无论是最先进的vdW校正，也没有应变的晶格上的相对多型稳定性有显着的影响。我们进一步研究的（0001）多型表面，通常暴露在外延生长过程中的能量。对于Si终止的表面，我们发现3C-SiC是显着更稳定的比4 H-SiC。我们得出结论，表面能的差异可能是3C-成核的驱动力，而在体热力学稳定性的差异略有有利于4 H和6 H多型体。为了正确描述晶体生长过程中的多型体稳定性，因此至关重要的是要考虑到这两种影响。
2022-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermochromic Properties of 3C-, 6H- and 4H-SiC Polytypes up to 500$^\circ$C
研究了3C、4H和6H多型体n型掺杂SiC晶圆在500°C下的热致变色性质，发现3C-SiC因带隙收缩呈现显著且可逆的颜色变化，色差高达64，而六方多型体变化较弱。
2024-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial thermal transport in Si/SiC and SiC/diamond heterostructures: effects of amorphous interlayers and SiC polytypes
K. N. Toosi University of Technology（K.N.托辛理工大学）；Institute for Research in Fundamental Sciences（基础科学研究所）；Imam Khomeini International University（伊玛目霍梅尼国际大学）
研究通过非平衡分子动力学模拟，探讨硅/碳化硅和碳化硅/金刚石异质结构中界面热传输，发现4H-SiC的ITC高于3C-SiC，超薄aSiC层可增强热传输，厚或富硅非晶层抑制ITC，SiC/金刚石界面需尖锐无缺陷键合以利用其高导热性。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Characterization and formation of NV centers in 3C, 4H and 6H SiC: an \emph{ab initio} study
近年来，固体中的荧光顺磁缺陷已成为量子信息处理的一个有吸引力的系统。主要的竞争者之一是具有可见光发射的金刚石中的带负电荷的氮空位缺陷，但在技术成熟的宿主中的替代解决方案是该领域许多应用的直接追求。最近已经发现，作为具有晶片级技术的标准半导体的碳化硅（SiC）的各种多型体可以承载氮空位缺陷（NV），其可以是具有近红外区域中的发射的替代量子位候选者。然而，人们对这种缺陷的了解比钻石中的缺陷少得多。多型体内的不等价位点和多型体变体提供NV缺陷家族。然而，有一个不足的知识，这些配置的磁光特性。在这里，我们进行密度泛函理论计算，以表征的NV缺陷的许多形式在最常见的多型体的SiC，包括3C，4H和6H，我们也提供了新的实验数据在4H SiC。我们的计算介导的SiC多型体中的单个NV量子位的识别。此外，我们还讨论了SiC中NV缺陷的形成过程，给出了SiC中NV缺陷的详细电离能，揭示了SiC中NV缺陷电离的临界光学激发能。我们的计算揭示了用理想的纺丝浴在SiC中产生NV缺陷的挑战。
2017-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Edge states and ballistic transport in zig-zag graphene ribbons: the role of SiC polytypes
在6 H-SiC面上生长的锯齿形边缘石墨烯带是弹道导体。已经假设在4 H-SiC上生长的锯齿形石墨烯带也将是弹道的。然而，在这项工作中，我们表明SiC多型体很重要;弹道石墨烯带只在6 H SiC上生长。4 H和4 H钝化带是扩散导体。详细的光电子发射和显微镜研究表明，6 H-SiC侧壁锯齿形带是金属与一对n掺杂的边缘状态与不对称的边缘终端，相比之下，4 H-SiC锯齿形带强烈结合到SiC，严重扭曲带的$π$ -带。$\text{H}_2$ -钝化的4 H带返回到金属状态，但没有显示出边缘状态的证据。
2019-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent stability of polytypes and stacking faults in SiC: reconciling theory and experiments
由于理论和实验之间的差异，SiC多型体的相对稳定性随温度变化，大约三十年来一直被认为是一个悖论。基于包括范德华修正的从头计算，得到了与实验观测相一致的温度依赖的多型图。结果很容易解释的基础上的六角形的内聚能和熵的影响。层错的温度依赖性的稳定性进行了分析，发现与实验证据。我们的研究结果表明，在SiC晶体沉积过程中的较低温度是有利的，以减少无处不在的堆垛层错在SiC为基础的功率器件。
2019-03-05 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Interstitial Channels that Control Band Gaps and Effective Masses in Tetrahedrally Bonded Semiconductors
我们发现共价半导体导带底部的电子态主要分布在间隙通道中，这种浮置性质导致了各种多型SiC的带隙变化和各向异性有效质量。我们发现，沟道的长度，而不是在过去盛行的六边形，是带隙变化的多型体的决定性因素。我们还发现，浮动性质导致二维电子和空穴系统在不同的SiC多型体的界面处，甚至在倾斜的SiC表面附近的一维通道。
2014-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted optical absorption of SiC polytypes from first principles
本研究利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算了常见SiC多型的声子辅助温度依赖光学吸收光谱，发现结果与实验一致，并强调了电子能量重整化对预测的重要性。
2023-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Microscopic origin of polytype-dependent melting in SiC revealed by machine-learning molecular dynamics
Hartree Centre, STFC Daresbury Laboratory（哈特里中心，STFC 达尔斯伯里实验室）；Lucideon Limited（卢西迪恩有限公司）；IBM Research Europe（IBM 欧洲研究院）
通过机器学习分子动力学和有限温度声子分析，研究了SiC多型体（3C、2H、9R）的熔化机制，发现长周期9R多型体的低稳定性源于低频横向剪切模式导致的层间滑动和化学无序。
2026-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ab initio study of the relationship between spontaneous polarization and p-type doping in quasi-freestanding graphene on H-passivated SiC surfaces
通过在SiC表面和石墨烯之间插入氢层而获得的准自立式石墨烯（QFG）被认为是用于开发基于石墨烯的技术的优秀候选者。此外，最近提出的直接等效的$p$型掺杂通常发现这些系统和自发极化（SP）相关联的特定SiC多型体之间，打开的可能性调谐的狄拉克锥中的载流子的数量，而不需要外部栅极电压。然而，缺乏可以在原子尺度上确认SP的效果的第一性原理计算，这主要是由于难以将诸如SP的本体性质与表面限制的石墨烯掺杂相结合。在这里，我们开发了一种基于标准的密度泛函理论（DFT）板计算的方法，以量化的SP上的QFG掺杂水平的影响。首先，我们提出了一个准确的计划来估计SP利用板的偶极矩与其厚度的依赖关系。接下来，并且为了规避与极性板几何形状相关联的DFT缺点，在板的C端接的底部处附接双金层，其引入金属诱导的间隙状态，该间隙状态钉扎间隙内的化学势，从而允许不同多型体之间的QFG掺杂的有意义的比较。此外，通过调整Au-Au层间距，可以消除板状偶极子。我们的研究结果证实，SP确实诱导了大量的p型掺杂的狄拉克锥，这可以是高达几百毫电子伏取决于六角形的多型体。掺杂随板厚度的演变揭示了需要几十个SiC双层来有效地去除去极化场并恢复宏观状态，由此石墨烯掺杂应等于SP。
2015-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive study on band-gap variations in $sp^3$-bonded semiconductors: roles of electronic states floating in internal space
我们已经进行了电子结构计算，以探索带隙对$sp^3$键合半导体材料的多型体的依赖性，即，SiC、AlN、BN、GAN、Si和金刚石。在这项全面的研究中，我们发现，带隙变化取决于多型体是常见的$sp^3$键合半导体; SiC，AlN和BN表现出最小的带隙在$3C$结构，而金刚石在$2H$结构。我们还阐明了带隙变化的微观机制是由导带底（CBM）处沟道内空间的特殊电子态$floating$引起的，沟道内的静电势和沟道长度影响CBM的能级.
2017-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Band gaps of long-period polytypes of IV, IV-IV, and III-V semiconductors estimated with an Ising-type additivity model
本文提出基于 HSE06 参考带隙的 Ising 型加和模型，高精度预测 IV、IV-IV 和 III-V 族半导体长周期多型带隙，并发现亚稳态宽禁带 15R(1)-SiC。
2023-08-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Comparative study of divacancies in 3C-, 4H- and 6H-SiC
本研究比较了3C-、4H-和6H-SiC中的双空位缺陷，发现6H和3C多型体中双空位中性态稳定，并通过从头算和温度依赖实验估计了其电荷转移能级。
2025-06-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
High quality and wafer-scale cubic silicon carbide single crystals
本文提出利用顶部籽晶溶液生长技术在4H-SiC衬底上实现3C-SiC的热力学优势生长，成功制备出2~4英寸高质量晶圆级立方碳化硅单晶，为高性能功率电子器件提供了可行路径。
2023-04-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Point defects in SiC as a promising basis for single-defect, single-photon spectroscopy with room temperature controllable quantum states
金刚石中氮空位（NV）中心的独特量子特性促使人们努力寻找碳化硅（SiC）中具有类似特性的缺陷，这可以扩展金刚石无法获得的此类系统的功能。电子顺磁共振（EPR）和光检测磁共振（ODMR）研究表明，SiC中与硅空位（VSi）有关的点缺陷具有与金刚石中NV中心类似的性质，这使它们成为红外区单缺陷和单光子光谱的一个有前途的量子体系。根据缺陷类型，温度，SiC多型体，和结晶位置，两个相反的计划已被观察到的基态自旋子级人口的VSI相关的缺陷与非偏振光照射后的光学对准。自旋系综的VSI相关的缺陷被证明是准备在一个相干叠加的自旋状态，即使在室温下。零场ODMR显示了通过施加射频场来操纵基态自旋布居的可能性。这些共同使得SiC中与VSi相关的缺陷成为自旋电子学、量子信息处理和磁力测量的非常有利的候选者。
2013-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Strain-based Spin Manipulation on Substitutional Nickel in Silicon Carbide
采用全势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法和全势局域轨道最小基（FP-LOMB）方法，在广义梯度近似（GGA）下，研究了多型碳化硅（SiC）中Ni和Cr单掺杂的电子结构和磁性.发现缺陷的磁相强烈地依赖于超晶胞上的外部应力。在3C-SiC中，Ni单掺杂剂在Si-sub和C-sub情况下在适度的压缩和拉伸静水应变下表现出反铁磁（AFM）到铁磁（FM）的转变。相比之下，在4 H-SiC中的Ni单掺杂剂在外部应力下稳定地处于α相。Cr单掺杂剂也对施加的应力不敏感，但稳定地处于磁性相中。这种应变控制的磁性转变使得Ni单掺杂成为一种新颖的量子比特方案。
2016-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of 4H Si from first principles
该研究利用第一性原理计算揭示4H Si的电子、振动与光学性质，发现其带隙略窄、可见光及红外吸收更强，并可在厚度减薄五倍时达到与立方Si相同的短路电流密度。
2023-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional charge order stabilized in clean polytype heterostructures
针对独立二维层中外在无序破坏关联量子行为的问题，本研究通过范德华材料内延多型工程，在金属层间隔离出二维电荷密度波，稳定出约350 K发生单一金属-绝缘体相变的孪晶公度电荷密度波，为获取新型二维基态提供了新途径。
2022-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Quenching of low-energy optical absorption in bilayer C$_3$N polytypes
在这项工作中，我们提供了第一性原理描述的电子和光学性质的双层C $_3$ N，具有不同的堆叠图案AB，AB $'$和AA $'$。从准粒子电子能带结构出发，求解Bethe Salpeter方程（BSE），得到了这些双层膜的激子性质。对于所有的堆叠序列，我们看到强的光吸收的能量低于但接近的单层。最相关的，我们预测一个强大的淬火的低能量的光吸收，与可以忽略不计的振荡器强度的低位束缚激子。这是一个独特的现象，不会出现在单层的情况下，也没有在其他常见的同质双层。我们解释这些发现的小带间偶极矩阵元素相关的价导跃迁参与这些激子，并讨论他们在不同的堆叠图案。
2023-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Polarization-resolved broadband time-resolved optical spectroscopy for complex materials: application to the case of MoTe$_2$ polytypes
时间分辨光谱学（TR-OS）已经成为探测复杂材料的基本光谱工具，既可以研究基态相关性质，又可以触发具有特殊电子和晶格结构的不同状态之间的相变。我们描述了一种通用的方法来执行偏振分辨TR-OS测量，通过结合宽带检测的能力，同时探测两个正交的偏振态。这种方法使我们能够探测，飞秒分辨率，频率分辨的反射率或透射率沿两个相互正交的方向变化，匹配的主轴的晶体结构的材料在审查。我们报告的结果，通过获得的偏振相关的瞬态反射率的两个多型的MoTe $_2$化合物，与2 H和1 T '晶体结构。我们揭示了显着的各向异性的时间分辨反射率信号的1 T '-MoTe $_2$，这是连接到该化合物的晶体结构。因此，偏振和时间分辨光谱测量可以提供关于电子和晶格子系统的性质和动力学的信息，推进对它们的相互依赖性的理解，特别是在光致相变的情况下;此外，它们提供瞬态偏振旋转的宽带测量。
2020-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Role of vacancies in the magnetic and electronic properties of SiC nanoribbons: an ab initio study
采用基于密度泛函理论的从头计算方法，研究了空位对锯齿形SiC纳米带（Z-SiCNR）的电磁性质的影响.观察到单空位（V_C和V_Si）和双空位（V_SiV_Si和V_SiV_C）在Z-SiCNR中诱导磁性。单一V_Si的存在并不影响Z-SiCNR的半金属行为，但由于边缘Si p轨道和空位周围的原子，单一V_C导致Z-SiCNR从半金属行为转变为金属行为。研究了空位与杂质原子（B和N）的相互作用，发现V_SiN_C不仅抑制了V_SiV_C的振荡型磁性，而且保留了原始Z-SiCNRs的半金属性质。空位的缺陷形成能可以通过替代B和N原子而降低。我们认为，铁磁性是预期的，如果Z-SiCNR生长在合适的条件下。
2013-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Stacking order effects on the energetic stability and electronic properties of $n$-doped graphene/h-BN van der Waals heterostructures on SiC(0001)
研究了由具有不同电子特性的堆叠二维材料制成的异质结构在创建多功能器件中的潜力。石墨烯（G）和六方氮化硼（h-BN）范德华（vdW）体系已经被广泛研究，包括最近关于在石墨烯/SiC（0001）模板上合成h-BN的研究。这些研究表明，h-BN封装可以发生除了VDW外延。本文对SiC（0001）衬底上具有碳缓冲层的G/h-BN异质结构进行了理论研究。结果显示，单层石墨烯下方的h-BN封装具有能量偏好：双层系统中的G/h-BN/SiC和三层系统中的G/h-BN/G/SiC。电子结构计算表明，石墨烯的线性能带色散在双层体系中得到保持，但由于石墨烯的电子掺杂水平不同，狄拉克点位于不同的能量位置。在三层系统中，石墨烯的掺杂水平也取决于堆叠顺序。G/h-BN/G/SiC的电子能带结构在费米能级以下具有两个能量不同的狄拉克点。较不稳定的系统如G/G/h-BN/和h-BN/G/G/SiC在费米能级附近显示抛物线带。基于C-1 s核心能级位移（CLS）和碳K边X射线吸收近边光谱（XANES）的模拟进行了额外的结构表征，以帮助这些石墨烯/h-BN vdW系统中的未来实验光谱。
2023-03-14 cond-mat.mtrl-sci
On the formation process of silicon carbide nanophases via hydrogenated thermally induced templated synthesis
以氨气或氮气为载气，单壁碳纳米管（SWCNT）为模板，以气态Si为原料，采用热诱导模板法合成SiC纳米管和纳米纤维。单壁碳纳米管束既作为碳源，又作为SiC结构形成的纳米框架。取决于热诱导模板化反应的持续时间，对于固定的温度、载气和气压，获得各种SiC纳米结构。这些结构包括涂覆在C中的SiC纳米棒、SiC纳米棒、SiC纳米管和SiC纳米晶体。从我们的分析，使用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM），电子能量损失谱（EELS），电子衍射（EDX），光学吸收光谱和拉曼光谱作为探针，我们证明了H具有不同的SiC纳米结构的形态和化学计量的关键作用。
2004-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Local texture of three-stage CVD SiC fibre by precession electron diffraction (PED) and XRD
本研究采用XRD和TEM下的PED方法表征三阶段CVD SiC纤维的局部织构，明确各沉积阶段的晶粒取向、尺寸演化规律，证实轴向[110]择优取向利于提升纤维轴向拉伸强度。
2025-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties and stability of three new kinds of single-atom-thick SIC graphyne sheets
用SCED-LCAO和DFT方法发现了三个新的单原子厚硅碳稳定体系。在这些结构中，提出了一个重要的位置，称为骨位置。对于SiC和Si 1C 9系统，Si原子部分占据了骨架位置，保持了平面结构，电子能隙分别为0.955 eV和0.689 eV。对于Si_2C_8体系，骨架位置完全被Si原子占据。它显示出一个屈曲结构，屈曲为0.05 π，在M点处为Dirac锥。此外，在SiC体系中发现了Si和C原子间的sp杂化，在Si_2C_8体系中发现了sp、sp_2和sp_3杂化共存的现象。这三个系统的热稳定性已通过认证。
2014-08-23 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles study of the electronic, vibrational, and optical properties of planar SiC quantum dots
本文基于第一性原理系统研究了全平面SiC量子点的几何、电子、振动及光学性质，发现其H-L能隙受量子限域效应影响显著且可调，适用于光催化、发光二极管和太阳能电池等领域。
2023-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Optical properties of TM-doped (8,0) SiC SWNT and the prospect of hydrogen storage
采用第一性原理密度泛函理论，在量子espresso程序中研究了过渡金属（TM）掺杂单壁（8，0）SiC纳米管的性质.所研究的性质是电子、光学和储氢前景，而用于掺杂的过渡金属是铁、锰和钴。结果表明，铁磁有序更好地描述了掺杂过程中的磁序。掺杂导致半金属性质。TM-3d和C-2 p在费米能级附近的杂化导致了半金属性的出现。此外，该管的光电特性和储氢容量也发生了变化。掺杂似乎导致光电子学应用范围的扩大，从远红外到可见光的光伏效应。此外，该管似乎显示出储氢的潜力。
2022-05-19 cond-mat.mtrl-sci
First principles many-body calculations of electronic structure and optical properties of SiC nanoribbons
采用第一性原理多体方法计算了SiC纳米带的能带结构和光学响应。多体效应被纳入使用GW近似，和激子效应被包括使用Bethe-Salpeter方程。研究了未钝化和氢钝化的扶手椅型SiC纳米带。作为低维的结果，大准粒子修正被视为科恩-沙姆能隙。在这两种情况下，准粒子带隙增加了高达2 eV，相比，他们的科恩-沙姆能量值。电子-空穴相互作用的引入显著地改变了吸收光谱，在这些体系中产生了强束缚激子峰，结果表明氢钝化的扶手椅型SiC纳米带具有应用于工作在紫外-可见光谱区的光电子器件的潜力.我们还计算了这些纳米带的形成能作为其宽度的函数，并得出结论，氢饱和的带状物将更稳定相比，裸露的。
2016-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid nanophotonic-nanomagnonic SiC-YiG quantum sensor: II/ optical fiber based ODMR and OP-PELDOR experiments on bulk HPSI 4H-SiC
在这里，我提出了我的第一个基于光纤的耦合光学和EPR实验，与我最近理论上描述的新SiC-YiG量子传感器的开发相关（arXiv：1912.11634）。该量子传感器被设计为允许亚纳米级的单外部自旋灵敏度光学检测脉冲电子电子双共振光谱，使用X波段脉冲EPR光谱仪，光纤，和光致发光设置。这里介绍了ODPELDOR光谱演示之前的第一个关键实验。它们是在含有残余V2色心（自旋S=3/2）的集合体4 H-SiC样品上进行的。在这里，我演示i/光泵浦辅助脉冲EPR实验，ii/光纤ODMR和光学检测RABI振荡，和iii/光泵浦辅助PELDOR实验，和iv/一些自旋波共振实验。这些实验证实了所提出的新的量子传感方法的可行性。
2019-12-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electron microscopy probing electron-photon interactions in SiC nanowires with ultra-wide energy and momentum match
纳米材料通常可以捕获光并与其强烈相互作用，从而导致许多光子器件应用。光-物质相互作用的研究通常采用光学光谱技术，但其存在衍射受限、动量传递微小、激发/探测不连续等局限性。本文利用扫描透射电子显微镜-电子能量损失谱（STEM-EELS）技术，利用超宽的能量和动量匹配和亚纳米空间分辨率，研究了单根SiC纳米线的光学微腔共振谱。同时激发和探测到纵向法布里-珀罗（FP）共振模和横向回音壁模（WGM），其光谱范围从近红外（~ 1.2 μm）到紫外（~ 0.2 μm），动量传递范围可达108 cm{^{-1}}。纳米线的共振光谱的尺寸效应也被揭示。此外，共振EELS的纳米尺度的衰减长度被揭示，这是由SiC纳米线中的强局域化的电子-光子相互作用。这一工作为研究单根纳米线结构的光共振光谱和介电纳米结构中光-物质相互作用提供了一种新的方法，也为利用光子结构调制自由电子提供了一种新的途径.
2022-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
