Elastic properties of cubic silicon carbide with Si vacancies
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（马德里材料科学研究所，西班牙国家科学研究委员会）；CNR-IOM Democritos National Simulation Center, Istituto Officina dei Materiali（意大利国家研究委员会材料研究所德谟克利特国家模拟中心）
本研究通过路径积分分子动力学模拟，揭示硅空位及核量子效应会显著改变3C-SiC的弹性质与力学稳定域，为极端环境应用及量子技术提供微观见解。
2026-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Electrically active defects in 3C, 4H and 6H silicon carbide polytypes: A review
本文综述了利用结谱技术在3C、4H和6H碳化硅多型体中研究的电活性缺陷，涵盖深能级瞬态谱和少子瞬态谱方法。
2025-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and metastability of the silicon vacancy in cubic SiC
硅空位是立方SiC（3C-SiC）的一个重要的本征缺陷，迄今为止，人们在实验和理论上都对它进行了大量的研究。我们计算其属性使用GW近似，不受带隙问题。所获得的形成和过渡能显着偏离通常的密度泛函理论的评价，现在比较有利的实验。然后提出了一个新的分配的光致发光的主线。我们进一步进行GW计算的鞍点的反应路径。由此产生的势垒能量解释了热退火实验由于一个原始的机制介导的少数电荷配置。
2011-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Structure and morphology evolution of concave-shaped SiC {0001} surfaces in liquid silicon
在纯液态硅中制备并重构了凹形4 H-SiC {0001}表面，研究了SiC表面的结构和形貌随方位角和离轴角的变化。在两个极性表面上显示出不同的表面特征，其中只有Si面反映了4 H-SiC晶体的六重对称性。在Si面上，沿方向的台阶聚束<1100>比沿方向的强<1120>，这与台阶边缘的键合状态有关。更显着的步骤聚束上观察到的C面，而它是不敏感的方位角取向。台阶刻面的程度在Si面上更强。在SiC {0001}表面的两个极性上，台阶面化与偏角无关。
2022-02-25 cond-mat.mtrl-sci
New Silicon Carbide (SiC) Hetero-Junction Darlington Transistor
在过去，已经针对需要高功率或高温操作的应用研究了基本SiC双极晶体管。然而，由于SiC双极晶体管中的电流增益非常低，因此，在高电流应用中需要大基极驱动。因此，提高SiC双极晶体管的电流增益具有重要意义。利用二维混合模器件和电路模拟方法，首次报道了一种新型达林顿晶体管，它是由3C-SiC和4 H-SiC两种多型体构成的，由于晶体管发射极和基极之间形成异质结而具有很高的电流增益。分析了性能提高的原因。
2010-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Graphene on Silicon toward Graphene-Silicon Fusion Electronics
石墨烯是一个有希望的竞争者，以接替硅在电子领域的宝座。为了实现这一目标，应该开发石墨烯在衬底上的大规模外延生长。在沿着这条线的各种方法中，通过表面层的热分解在SiC衬底上外延生长石墨烯已经证明其在质量和工艺可靠性方面都非常令人满意。通过调整石墨烯/SiC界面结构，甚至可以调制石墨烯的结构性质和电子性质。然而，这种SiC上石墨烯技术的挑战是放弃成熟的Si技术和SiC块状晶体的高生产成本。在这里，我们证明了在硅衬底上形成的外延石墨烯是可能的，通过石墨化外延SiC薄膜形成在硅衬底上。这种硅基石墨烯（GOS）方法使我们能够在Si衬底上形成大面积有序sp2碳网络薄膜，并基于该结构制造电子器件。
2010-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Thermal Conductivity of 4H and 6H Silicon Carbide Measured Using Time-Domain Thermoreflectance
碳化硅（SiC）是一种宽带隙（WBG）半导体材料，在大功率和高频电子领域具有广阔的应用前景。在其许多有用的特性中，高导热性是至关重要的。本文利用飞秒激光时域热反射（TDTR）技术测量了三种SiC样品：n型4 H-SiC（N掺杂1 × 10^19 cm-3）、非故意掺杂（UID）4 H-SiC和Si 6 H-SiC（V掺杂1 × 10^17 cm-3）在250 K ~ 450 K温度范围内的各向异性热导率。通过选择合适的激光光斑半径和调制频率，我们同时测量了SiC的平行于（k_r）和穿过六边形平面（k_z）的热导率。对于k_r和k_z，导热系数的大小顺序为：Si 4 H-SiC> n型4 H-SiC> Si 6 H-SiC。这项工作是理解WBG半导体热传输的重要基准。
2017-12-13 cond-mat.mtrl-sci
The Vacancy Effect on Thermal Interface Resistance between Aluminum and Silicon by Molecular Dynamics
跨界面的热输运是微电子学、光子学和热电器件的重要问题，并且在过去已经在实验和理论上进行了研究。采用非平衡分子动力学（NEMD）方法计算了含纳米级空位的铝硅界面热阻（1/G）。计算中考虑了声子-声子耦合和电子-声子耦合。结果表明，空位的存在大大增加了界面热阻。研究和比较了空位的大小和类型的影响。不同类型/尺寸空位的结构，其性能有明显的差异。
2015-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Annealing mechanisms of intrinsic defects in 3C-SiC: a theoretical study
采用基于密度泛函理论的从头算方法研究了可移动本征缺陷的退火动力学。考虑了晶体-空位复合、空位和晶体向缺陷汇（如表面或位错）的扩散以及晶体-团簇的形成。计算出的迁移和反应势垒表明竞争退火机制的层次排序。与空位相比，碳和硅材料的更高的迁移率驱动了在较低温度下的退火机制，包括空位-间隙复合和间隙碳簇的形成。这些团簇在升高的温度下充当碳源。在p型材料中，我们讨论了作为退火机制的硅空位转化为更稳定的空位-反位复合物，该复合物在空位迁移之前被激活。最近对辐照3C-和4 H-SiC以及半绝缘4 H-SiC中空位相关中心的退火研究根据所提出的退火机制层次来解释。
2003-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Size Dependence of Nanoscale Wear of Silicon Carbide
纳米尺度，单晶碳化硅（sc-SiC）和纳米晶碳化硅（nc-SiC）的纳米粗糙磨损研究使用单晶金刚石纳米压痕针尖和纳米金刚石原子力显微镜（AFM）的尖端在干燥条件下，和磨损行为进行比较的单晶硅与薄和厚的原生氧化层。我们发现了一个过渡的相对耐磨性的SiC样品相比，Si作为一个函数的接触尺寸。随着较大的纳米压头尖端（尖端半径约370 nm），sc-SiC和nc-SiC的耐磨性高于Si。该结果是根据Archard方程预期的，因为SiC比Si硬。然而，与较小的AFM提示（尖端半径约20 nm），sc-SiC和nc-SiC的耐磨性低于Si的，尽管事实上，接触压力是与纳米压头提示所施加的那些相媲美，和塑性区是发达国家在这两组磨损实验。我们将SiC的相对耐磨性与Si相比的降低归因于从由材料的抗塑性形变性主导的磨损状态（即，硬度）到由材料对界面剪切的抵抗力主导的状态。这一结论得到了我们的无磨损摩擦的AFM研究的支持，它揭示了SiC的界面剪切强度高于Si。还讨论了表面粗糙度和表面化学对界面剪切强度差异的贡献。
2017-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study of Carbon Clusters in Silicon Carbide Nanowires
利用第一性原理方法对碳化硅纳米线中的碳团簇进行了理论研究。我们研究了氢钝化SiC纳米线沿[100]和[111]方向生长的碳原子团簇和反位团簇。这些团簇的形成能计算为碳浓度的函数。我们验证了SiC纳米线中碳缺陷的能量稳定性强烈依赖于纳米线表面的组成：碳包覆[100] SiC纳米线中能量最有利的构型预计不会发生在硅包覆[100] SiC纳米线中。一些聚集体的结合能也得到了，他们表明，在SiC纳米线的碳团簇的形成是积极的青睐。
2011-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Ion Beam Synthesis of embedded SiC
在室温下，使用高剂量碳离子注入在具有（100）和（111）取向的N型硅样品中进行嵌入碳化硅的合成。利用剂量的变化得到了碳化硅形成的剂量依赖关系。在1000 ℃下退火，以退火去除由退火引起的缺陷，并在硅基体中获得碳化硅沉淀。详细的傅立叶红外光谱分析和X射线衍射研究证实了碳化硅立方相的形成。碳化硅沉淀物的晶粒尺寸估计为几纳米。X射线衍射结果表明，在硅（100）样品中碳化硅沉淀物的结晶有序性比在硅（111）样品中的好，并且在硅样品的轰击区发生了非晶化。退火后，非晶化区域重新结晶成硅的多晶相。
2005-05-24 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
Infrared spectroscopy of hydrogenated and chlorinated amorphous silicon
给出了氢化和氯化非晶硅薄膜的红外透射谱随氯浓度和退火温度的变化。随着氯含量的增加，观察到2100 cm-1带强度的增加。我们将这种效应与SiH 2Cl 2的存在，混合配置。的Sic 1伸缩带，位于545 cm-1的未退火的样品中，连续移位高达590 cm-1的退火温度的增加。这种置换归因于SiCl 2物质在500°C左右占优势以及它们在700°C以上转化为SiCl 2物质和SiCl 2分子。
2021-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Device contacts as spin-state selectors for silicon vacancies in 4H-SiC
University of Oslo（奥斯陆大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）；California Institute of Technology（加州理工学院）；NASA Jet Propulsion Laboratory（美国国家航空航天局喷气推进实验室）
本研究以4H-SiC中硅空位为模型，发现镍接触会磁污染并猝灭其四重态发光，而钛和铝无此效应，凸显器件接触设计对保持量子自旋环境的关键作用。
2026-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Computational insights and the observation of SiC nanograin assembly: towards 2D silicon carbide
虽然已经实现了越来越多的二维（2D）材料，包括石墨烯和硅烯，但其他材料只是预测。一个有趣的例子是二维形式的碳化硅（2D-SiC）。在这里，我们提出了一个原子级薄和六边形结合的纳米级颗粒的SiC组装在氧化石墨烯的原子分辨率扫描透射电子显微镜实验过程中的孔隙暂时观察。尽管这些小晶粒并不能完全代表块状晶体，但模拟表明它们的电子结构已经接近2D-SiC的电子结构。这被预测为平坦的，但是关于Si对sp $^{3}$杂交的偏好仍然存在一些疑问。探索一些波纹形态，我们发现完全平坦的2D-SiC具有最低的能量。我们进一步计算了它的声子色散，与拉曼激活的横光学模式，并估计芯级结合能。最后，我们研究了2D-SiC的化学反应性，表明它像硅烯一样对分子吸附或层间连接不稳定。尽管如此，它可以与石墨烯或六方氮化硼形成稳定的范德华键合双层，一旦实现批量合成，有望进一步丰富二维材料家族。
2018-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Position-controlled functionalization of vacancies in silicon by single-ion implanted germanium atoms
半导体中的特殊点缺陷被认为是量子信息技术的合适组成部分。在硅中发现新的、易于激活和控制的深中心是该领域研究的主要目标。空位相关复合物适合于提供深电子能级，但它们很难在空间上控制。为了研究在可控位置具有有意空位相关缺陷的固态器件，本文报道了通过单离子注入Ge原子，产生Ge-空位（GeV）复合物来功能化硅空位。我们研究了硅基晶体管中GeV复合物阵列的量子输运。通过利用一个模型的基础上的扩展哈伯德哈密顿量来自从头算结果，我们发现异常的激活能值的热激活电导的准局域化和离域多体状态，相比传统的掺杂剂。我们确定这样的状态，形成上哈伯德带，负责实验的跨晶体管的亚阈值运输。我们的模型与单离子注入方法相结合，使未来的研究工程的GeV复合物对创造空间可控的个人缺陷在硅中的应用在量子信息技术。
2021-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of oxygen segregation in silicon grain boundaries: the role of strain and vacancies
多晶硅被广泛用于生产低成本和高效率的太阳能电池。在晶体生长和器件制造期间，硅太阳能电池包含晶界（GB），其是原子杂质（诸如氧原子）的优先偏析位点。GB可以诱导载流子复合，显著降低载流子寿命，因此它们可能对Si器件性能有害。我们研究了空位、应变和多重O偏聚存在下，113 {111} Si GB的结构、能量和电子性质之间的相关性。在应变和空位的存在下，对GBs的结构和能量性质的研究给出了控制氧原子偏析的复杂机制的准确描述。我们分析了拉应变和压应变，得出O杂质周围的局部拉应变对偏析是非常有效的。我们还研究了多个O杂质在Si空位存在下的作用，发现对于那些已经恢复四面体共价键的结构，偏析是最受欢迎的。空位的存在吸引原子杂质，以恢复电子稳定性：间隙杂质成为替代。这一分析的出发点，在应变和空位的存在下，与O杂质的电子性质的变化在<$3 {111}Si GBs的关联。对每一种结构，我们分析了态密度及其在原子和态上的投影、带隙、分凝能及其相关性，以揭示新能级的本质。实际上，知道定义的电子状态的起源将允许材料的优化，以便减少非辐射电子-空穴复合，避免电荷和能量损失，从而提高太阳能电池效率。
2020-11-22 cond-mat.mtrl-sci
The role of Si vacancies in the segregation of O, C, and N at silicon grain boundaries: An ab initio study
晶界（GB）是在用于器件Si太阳能电池制造的晶体生长期间起源于多晶硅中的缺陷。GB的存在改变了Si的配位，使其有利于载流子的复合，这带来载流子寿命的显著降低。因此，GB可能对器件性能非常有害。此外，GB容易形成具有深缺陷电子态的空位，并且也是各种杂质物种（诸如C、N和O）的优先分离位点。我们从第一性原理研究了$Σ$ 3{111} Si GB的结构，能量和电子性质之间的相关性，有和没有空位，以及C，N和O原子的偏析。当存在空位时，C和O原子强烈地增加它们的分离能力。然而，$Σ$ 3{111} Si GB的电子性质不受O的存在的影响，而在C的情况下，它们可以强烈地改变。对于N原子，不可能在GB中有空位和没有空位的情况下发现能量和电子性质的明显趋势。事实上，由于N与Si不等价，如C和O，因此在GB结构中找到新的化学排列时更灵活。这意味着与C和O杂质相比，在存在N杂质原子的情况下更难控制材料的性质。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Raman spectroscopy of ion irradiated SiC: chemical defects, strain, annealing, and oxidation
拉曼光谱已被用来识别缺陷的键合在氖和硅离子辐照的6H-SiC单晶。在对应于不同缺陷结构的C-C键合区域中存在可观察到的差异，对于氖离子和硅离子掺杂。离子辐照SiC的拉曼光谱显示出比中子辐照更小的拉伸应变，由未损坏的衬底约束的膨胀引起的残余压应力解释。在高温离子注入过程中的氧化的证据被观察到作为C-O和Si-O拉曼信号。退火照射SiC，同时获得拉曼光谱显示快速恢复的Si-C键合，但未照射的结构的完全恢复。退火辐照的SiC引起表面氧化，而未辐照的SiC不氧化。比较金刚石和硅具有相似的晶体结构，但单原子的表观抗辐射性，导致的建议，化学缺陷负责增加辐射损伤的SiC。
2020-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Scalable control of graphene growth on 4H-SiC C-face using decomposing silicon nitride masks
石墨烯的图案化是器件制造的关键。我们报告了一种通过在石墨化之前沉积120 nm至150 nm厚的氮化硅（SiN）掩模来增加或减少在碳化硅C面（000-1）上生长的外延石墨烯的层数的方法。在这个过程中，我们发现，由富硅SiN掩模覆盖的区域比非掩模区域多一至四层。相反，富N SiN使厚度减小三层。在这两种情况下，掩模在石墨化完成之前分解。通过拉曼光谱、原子力显微镜（AFM）和传输数据观察到，在掩蔽区域生长的石墨烯显示出良好的质量。通过调整生长参数，获得了选择性石墨烯生长和亚微米图案。
2014-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Robust Aluminum Nitride Passivation of Silicon Carbide with Near-Surface Quantum Emitters for Quantum Computing and Sensing Applications
Howard University（霍华德大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）
本研究利用氮化铝钝化硅碳化物表面，有效去除表面态并恢复缺陷的光学性质，同时发现界面处的新缺陷具有独特的自旋和光学特性。
2026-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Thiolation and PEGylation of silicon carbide nanoparticle
本文通过在碳化硅纳米颗粒表面引入硫醇封端并偶联PEG分子，制备出兼具荧光特性与生物惰性的超小探针，为开发室温量子传感器生物制剂奠定基础。
2025-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Spin and optical properties of silicon vacancies in silicon carbide (a review)
我们讨论了碳化硅中与硅空位相关的自旋3/2中心的精细结构和自旋动力学。这些中心具有光学可寻址的自旋态，这使得它们在量子技术中非常有前途。自旋中心的精细结构被证明对机械压力、外部磁场和电场、温度变化等高度敏感，其可用于有效的室温感测，特别是通过纯光学装置或通过光学检测的磁共振。本文讨论了基于自旋态混合的磁性测量和温度测量的实验成果，并讨论了在磁场中的微观机制。我们还讨论了与环境的相互作用所造成的自旋涨落的空位系综。
2017-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multilayer epitaxial graphene formed by pyrolysis of polycrystalline silicon-carbide grown on c-plane sapphire substrates
我们使用超高真空化学气相沉积在c平面蓝宝石晶片上生长多晶碳化硅（SiC），然后在真空中在1250和1450°C之间退火以产生外延多层石墨烯（MLG）。尽管多晶SiC的表面粗糙度和小的畴尺寸，但形成了共形MLG膜。通过平面化的SiC之前，石墨烯的生长，拉曼缺陷带的减少被观察到在最终的MLG.The石墨烯上形成的抛光SiC薄膜也表现出显着更有序的逐层生长和增加的载流子迁移率相同的载流子密度作为非抛光样品。
2011-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the nature of defects in quasi free standing mono-layer graphene on SiC(0001) by means of Density Functional Theory
通过从富Si SiC（0001）面选择性Si蒸发和H嵌入在SiC上生长的准独立单层石墨烯（QFMLG）在STM和AFM分析中显示出不规则性，表现为局部特征，我们先前将其识别为H层覆盖中的空位[Y Murata等人，Nano Res，出版中，DOI：10.1007/s12274-017-1697-x]。然而，这些特征的大小、形状、亮度、位置和浓度是可变的，这取决于氢化条件。为了阐明这些功能的性质，在这项工作中，我们进行了系统的密度泛函理论研究QFMLG的结构和电子性质的缺陷，在H覆盖安排在不同的配置，包括多达13个空缺的H原子，并表明这些产生本地化的电子态与特定的电子结构。基于模拟和测量的STM图像的比较，我们能够关联不同的空缺的大尺寸（7-13缺失H）的不同观察到的功能。的存在下，大的空缺是在协议的趋势，单H空位聚集，这里所证明的DFT结果。这给氢化过程提供了一些线索。我们的工作揭示了QFMLG中H覆盖缺陷的结构多样性，并为解释STM图像中的多样性提供了可操作的方法。这些空位产生的局域态的能量是可调的，通过它们的大小和形状，这表明在纳米和光电子学的应用。
2017-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilisation of hBN/SiC Heterostructures with Vacancies and Transition-Metal Atoms
本研究通过密度泛函理论提出hBN/SiC双层异质结，发现硼空位可使层间作用从弱范德华耦合转为强共价键，结合过渡金属吸附研究制定表面反应性设计准则，经机器学习辅助分子动力学验证其有限温度下的稳定性，为原子级精确过渡金属功能化提供通用平台。
2025-10-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Charge transfer between epitaxial graphene and silicon carbide
我们分析掺杂的石墨烯生长在SiC上的两种模式，不同的电荷转移到石墨烯的来源，即从SiC表面和体施主。对于这两种模型中的每一个，我们发现在单层和双层石墨烯中诱导的最大电子密度，这是由原始石墨烯中的电子的功函数和SiC上/中的施主态之间的差异决定的，并通过静电门分析石墨烯对密度变化的响应。
2010-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Metallization of the β-SiC(100) 3\times2 Surface: a DFT Investigation
本文用密度泛函理论（DFT）研究了不同氢化程度的β重构碳化硅（001）（3x 2）表面的电子结构和振动动力学。这些结果是用具有广义梯度交换关联函数的密度泛函理论得到的。计算表明，金属化可以通过占据第二硅层的氢原子来实现。第二硅层位置上的氢占据的进一步增加导致该金属化的损失。对于前一种情况，金属化发生，我们发现了一个新的振动模式在1870 cm-1，这是不同于模式与氢原子上的第一层。此外，我们发现氢原子从第二硅层移动到第三硅层的扩散势垒为258 meV。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-high strain in epitaxial silicon carbide nanostructures utilizing residual stress amplification
应变工程已经引起了极大的关注，特别是对于在不同衬底上生长的外延膜。SiC的残余应变已被广泛用于形成超高频和高Q因子谐振器。然而，迄今为止，据报道SiC的最高残余应变被限制在约0.6%。SiC中引入的大应变可以导致一些有趣的物理现象，以及谐振频率的显着提高。我们报道了一种前所未有的纳米应变放大器结构，利用外延3C SiC和Si之间的自然残余应力，具有高达8%的超高残余应变。此外，可以通过改变放大器结构的尺寸来调谐所施加的应变。引入这种可控的超高应变的可能性将为研究SiC在大应变范围内的物理特性以及开发超灵敏的机械传感器打开大门。
2017-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermal evolution of silicon carbide electronic bands
特别是，直接观察半导体在宽温度范围内的各个能带的温度依赖性并不简单。然而，这个基本性质是理解半导体的电子-声子耦合的先决条件。本文将\emph{ab initio}多体微扰理论应用于六角碳化硅（SiC）晶体上的电子-声子耦合，并确定了能带的温度依赖性。我们发现在0~K的带隙中存在一个显著的电子-声子重整化。导带和价带都在高温下发生位移，表现出不同的行为。我们将我们的理论结果与观察到的SiC能带边缘的热演化进行了比较，并根据高温SiC电子学和缺陷量子比特操作讨论了我们的发现。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Transport in the Silicon Carbide Semiconductor in Phase 3C
在这项工作中，我们研究，理论上，电子迁移率的碳化硅半导体在3C相，命名为3C-SiC。3C-SiC在极端条件下显示出巨大的应用潜力。因此，对这种半导体的电子迁移率的研究具有很大的意义。本文从理论上推导了在恒定电场作用下n型掺杂3C-SiC半导体中载流子的漂移速度、位移和迁移率。分析了这些输运性质随电场强度和温度的变化关系。为此，使用具有源项（低强度电场）和运动阻力项（电阻）的微分运动方程。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Imaging the interface of epitaxial graphene with silicon carbide via scanning tunneling microscopy
已经提出在SiC上外延生长的石墨烯作为用于碳基电子器件的材料。了解石墨烯和SiC衬底之间的界面对于未来的应用非常重要。我们报告的能力，使用扫描隧道显微镜成像单层石墨烯下的界面结构。这种成像是可能的，因为石墨烯在费米能以上或以下1eV的能量下看起来是透明的。我们基于密度泛函理论的计算分析显示了这种透明度是如何从SiC衬底上石墨烯层的电子结构中产生的。
2007-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Deep Learning Inter-atomic Potential for Thermal and Phonon Behaviour of Silicon Carbide with Quantum Accuracy
碳化硅（SiC）是下一代半导体和核电站组件的重要材料。它的应用在很大程度上取决于它的热导率，而热导率对微观结构高度敏感。分子动力学（MD）模拟是研究纳米级器件或微结构中热输运机制的常用方法。然而，由于缺乏精确的原子间相互作用势，MD在SiC中的应用受到限制。在这项工作中，使用深势（DP）的方法，我们开发了两个原子间的潜力（DP-IAPs）的SiC的基础上两个自适应生成的数据集内的密度泛函近似在局部密度和广义梯度水平。这两个DP-IAP表现出他们的速度与量子精度在晶格动力学模拟以及声子输运的散射率分析。结合分子动力学模拟，系统地研究了其热输运和力学性能。所提出的方法和原子间的潜力铺平了道路的一个系统的方法来模拟SiC相关器件的热传输使用多尺度建模。
2021-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Infrared absorption property of silicon carbide-silica nanocables synthesized by ethanol pyrolysis
提出了一种可控合成SiC-SiO $_{2}$纳米电缆的方法。通过调节Ar稀释气体和乙醇前驱体的流量比，改变SiC核的直径和SiO $_{2}$壳的厚度。傅立叶变换红外光谱（FTIR）谱图显示，随着流量的增加，1137 cm $^{-1}$峰增强。该峰被认为是源于SiO $_{2}$壳的高度无序的表面结构，其随着流量的增加而增强。FTIR谱图显示出910 cm的$^{-1}$峰，该峰是由p极化场激发的SiC纳米结构中的表面声子共振引起的。
2015-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-free-standing AA-stacked bilayer graphene induced by calcium intercalation of the graphene-silicon carbide interface
本研究结合低能电子衍射、ARPES与DFT，证明钙在石墨烯-SiC界面插层并完全取代氢终止层，诱导高n型掺杂及AB到AA堆叠的自发转变。
2023-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity Mapping of Oxidized SiC SiC Composites by Time Domain Thermoreflectance with Heterodyne Detection
碳化硅碳化硅（SiC SiC）复合材料常用于高温氧化环境中。氧化层的热导率的测量提供了一种更好地理解氧化过程的高空间分辨率的方法。我们利用时域热反射（TDTR）技术，以3 μm的空间分辨率对氧化层的热导率和SiC/SiC复合材料的热导率进行了测量。使用50 kHz调制探测光束和10 MHz调制泵浦的外差检测抑制了相干拾取，并实现了比以前使用顺序解调更快的数据采集。通过对测量信号噪声的分析，发现在积分时间常数较小或激光功率较低的情况下，噪声的主要来源是三极管的输入噪声。由于厚度和热导率的小差异，在纤维区域上形成的氧化物的热导率低于基质上的氧化物。
2021-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, vacancies and moments of nuclear magnetic resonance of hydrogenated amorphous silicon
最近的氢化非晶硅红外吸收光谱实验表明，当氢浓度高达14%时，样品中存在单空位和双空位。出于这一观察，我们研究了氢的微观结构中的两个模型网络的富氢非晶硅的分布（氢），缺陷的存在下，特别强调的性质，以及在低和高浓度的氢的核磁共振谱的特征。我们的研究揭示了空缺的存在，这是模型网络的内置功能。该研究还证实了网络中存在各种氢化物构型，包括从硅单晶和硅双晶到开链状结构，这些结构已在红外和核磁共振实验中观察到。根据网络中自旋（氢）分布的知识计算了核磁共振谱的宽线宽和窄线宽。
2010-08-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the electronic structure of silicon vacancy centers in 4H-SiC
Max-Planck Institut für Polymerforschung（马克斯·普朗克聚合物研究所）；Department of Physics / Centre for Material Science and Nanotechnology, University of Oslo（奥斯陆大学物理系/材料科学与纳米技术中心）；Department of Physics, Chemistry and Biology, Linköping University（林雪平大学物理、化学和生物学系）；Takasaki Institute for Advanced Quantum Science, National Institutes for Quantum Science and Technology: QST（量子科学技术研究机构高崎高级量子科学研究所）；Department of Materials Science, Tohoku University（东北大学材料科学系）；Wigner Research Centre for Physics, Hungarian Academy of Sciences（匈牙利科学院维格纳物理研究中心）；Department of Fundamental Research, Center for Physical Sciences and Technology (FTMC)（立陶宛维尔纽斯物理与技术中心基础研究部）
本研究通过瞬态吸收光谱学首次观测到硅空位中心的 elusive V2' 四重态跃迁，并揭示其电子结构的完整能级分布。
2026-02-16 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
Identification of silicon vacancy-related electron paramagnetic resonance centers in 4H SiC
碳化硅（SiC）中的带负电荷的硅空位[V $_\text{Si}(-)$ ]是六方SiC中的顺磁性和光学活性缺陷。V型$_\text{Si}(-)$缺陷具有$S = 3/2$自旋，自旋相干时间长，即使在室温下也可以进行光学操纵。最近，除了与SiC的4 H多型体中的V $_\text{Si}(-)$缺陷相关的信号之外，还观察到电子自旋共振信号。相应的中心具有与V $_\text{Si}(-)$缺陷相似的性质，因此它们可能是量子技术应用的有希望的候选者。然而，新信号的确切来源尚不清楚。在本文中，我们报告V $_\text{Si}(-)$相关的对缺陷模型作为可能的候选人的未知中心。通过密度泛函理论（DFT）计算确定了相应的电子结构和磁光性质。我们提出了最近观察到的电子顺磁共振中心的模型，预测其在未来的实验中识别的光学信号。
2021-04-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Room-temperature near-infrared silicon carbide nanocrystalline emitters based on optically aligned spin defects
块体碳化硅（SiC）是一种在生物应用和量子传感方面具有广阔应用前景的材料体系。然而，由于大的禁带能隙，其光学活性超出了用于体内成像和光纤通信的近红外光谱窗口。在这里，我们报告的SiC纳米晶体的制造和隔离不同的纳米级分的范围从600 nm到60 nm的大小。结构分析揭示了最小的纳米晶体进一步碎裂成ca。10纳米大小的高结晶质量的集群，由非晶化区域分开。我们使用中子辐照来产生硅空位，展示近红外光致发光。最后，我们检测到，第一次，这些硅空位托管在SiC纳米晶体的室温自旋共振。这开辟了有趣的前景，不仅将它们用作体内发光标记，而且还用作磁场和温度传感器，允许监测各种物理，化学和生物过程。
2014-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Site-dependent properties of quantum emitters in nanostructured silicon carbide
碳化硅（SiC）中的深缺陷具有类似原子的电子、自旋和光学性质，使其成为量子计算和传感应用的理想材料。在这些应用中，深缺陷通常被放置在制造的纳米结构内，由于表面和量子限制效应而修改缺陷特性。到目前为止，探索SiC中深缺陷的理论研究忽略了这些影响。利用密度泛函理论，本工作证明了在SiC纳米线内的明亮的，带负电荷的硅单空位的性质的位置依赖性。它示出的缺陷的光学性质强烈地依赖于杂交的缺陷状态与表面状态和接近的表面上允许的结构变化。此外，第一性原理结果的分析表明，电荷状态转换和/或迁移到晶体学上有利的配位不足的表面位置可以恶化深缺陷性能。这些结果说明了考虑有限尺寸效应如何调整缺陷属性的重要性，以及创建缓解协议以确保纳米结构主机内缺陷的电荷状态稳定性的重要性。
2021-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Stress-controlled zero-field spin splitting in silicon carbide
本文报道了室温下静态机械形变对碳化硅中硅空位零场分裂的影响。我们使用AlN/6 H-SiC异质结构变形的生长条件和监测的应力分布作为一个函数的距离与空间分辨共焦拉曼光谱异质界面。通过光学检测的磁共振测量的6 H-SiC中的V1/V3和V2中心的零场分裂揭示了与体值相比在异质界面处的显著变化。这种方法允许明确的自旋形变相互作用常数的确定，这原来是$0.75 \, \mathrm{GHz}$的V1/V3中心和$0.5 \, \mathrm{GHz}$的V2中心。由于AlN的压电性，我们的研究结果提供了一种策略，实现按需微调的自旋跃迁能在SiC的变形。
2020-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-Induced Quantum Properties in 2D Silicon Carbide: Atomistic insights from semi-local and hybrid DFT calculations
本研究通过DFT计算揭示单层碳化硅中硅与碳空位在电子结构、磁性、迁移及光学响应上的互补特性，为二维材料缺陷工程提供理论框架。
2025-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stability and decoherence analysis of the silicon vacancy in 3C-SiC
本研究通过从头计算分析3C-SiC中硅空位与核自旋浴的相互作用，发现中性电荷态最稳定，并揭示其非指数相干衰减源于低频1/f噪声，为量子技术应用提供关键依据。
2024-12-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Density-functional theory calculation of hydrogen solubility in cubic silicon carbide at finite temperatures
Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
利用密度泛函理论从头算框架预测纯净和缺陷β-SiC中的氢溶解度，发现碳富集非化学计量非晶结构和硅空位显著增强氢溶解度。
2026-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Versatile electronic properties and exotic edge states in single-layer tetragonal silicon carbides
采用密度泛函理论计算了三种单层四元碳化硅（SiC），分别命名为T1，T2和T3。虽然这三种结构具有相同的拓扑几何结构，但它们具有从半导体（T1）、半金属（T2）到金属（T3）的多种电子性质，这种多样性源于Si和C原子之间的丰富键。三种SiC的纳米带也显示出有趣的电子性质。特别是，T1纳米带具有奇异的边缘态，其中电子仅分布在一个边缘的硅或碳原子上。T1纳米带的带隙是恒定的，因为边缘态之间没有相互作用。
2016-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Silicon carbide-assisted co-existence of magnetic phases in well-optimized Ti$_3$SiC$_2$-etched MXene
在这里，我们报告的第一个成功的剥离二维Ti $_3$ C $_2$ T $_x$ MXene通过选择性蚀刻硅从钛碳化硅（Ti $_3$ SiC $_2$）MAX。MXene的成功蚀刻和剥离通过所有（00 l）峰向较低角度的移动以及c-晶格参数的增加来确认，如通过X射线衍射技术确定的，以详细描述材料结构。发现多层MXene的c-晶格参数为19.34 μ m，在分层过程后增加到26.22 μ m，表明TMA+离子成功嵌入MXene片材内。扫描电子显微镜（SEM）图像显示了二维层状结构的形成。使用超导量子干涉装置（SQUID：Quantum Design）测量蚀刻的MXene样品的磁性测量。磁化强度与磁性（M-H）曲线清楚地表明在低温下以及在室温下的铁磁主导磁滞回线，以及由于MXene结构中存在碳化硅（SiC）而存在的小的抗磁性相。通过XRD和Raman光谱证实了SiC相的存在，其显示了2D MXene结构中SiC的尖锐峰和振动模式。目前的工作表明铁磁和抗磁相的共存，使其成为未来自旋电子器件的合适的2D材料。
2020-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Epitaxial Graphenes on Silicon Carbide
综述了在SiC晶体六方基面上外延生长石墨烯的材料科学研究进展。结果表明，在Si端SiC（0001）表面上外延生长的石墨烯与在C端SiC（000 - 1）表面上外延生长的石墨烯有很大的不同，并讨论了这些石墨烯的物理结构。描述了每种类型的外延石墨烯的独特的电子结构和输运性质，以及外延石墨烯器件的发展进展。这种材料系统具有丰富的微妙之处，并且在两个极性面上生长的石墨烯在重要方面有所不同，但是在这些外延石墨烯中发现了理想石墨烯的所有显着特征，并且已经实现了多GHz器件的晶圆级制造。
2010-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Efficiently Engineered Room Temperature Single Photons in Silicon Carbide
我们首次在碳化硅（SiC）中观察到稳定的单光子源。这些光源非常明亮，在室温下工作，表明SiC是一种可行的材料，可以实现各种量子信息、计算和光子应用。探测到的最大单光子计数率为700 k计数/s，推断量子效率约为70%。单光子源是由于本征深能级缺陷构成的碳反位空位对。这些被证明是可控地形成的电子辐照。这些单一缺陷的时间动力学的变化进行了详细研究。
2012-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Influence of irradiation on defect spin coherence in silicon carbide
碳化硅（SiC）中的辐照诱导晶格缺陷已经超过了其以前的声誉，纯粹是性能抑制。由于其显著的量子特性，如长的室温自旋相干性和降尺度到单光子源水平的可能性，它们已被证明是众多量子信息应用的有希望的候选者。任何量子系统最关键的参数之一是它的量子相干性能保持多久。利用脉冲光探测磁共振（ODMR）技术，研究了中子、电子和质子辐照4 H-SiC中硅空位的自旋-晶格弛豫时间（$T_1$）和自旋相干时间（$T_2$）。我们还研究了辐照能量和样品退火的效果。我们建立了对所有类型的照射的$T_1$时间的鲁棒性，并揭示了发射体密度的$T_2$时间的通用缩放。我们的研究结果可用于优化特定任务中SiC中硅空位量子比特的相干特性。
2019-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Large area and structured epitaxial graphene produced by confinement controlled sublimation of silicon carbide
在佐治亚理工学院（GT）对石墨烯基电子产品进行开创性研究之后，在碳化硅（EG）上开发外延石墨烯作为一种新的电子材料方面取得了巨大进展。EG不仅展示了其大规模应用的潜力，它还成为基础二维电子气物理学的宝贵材料，表明只有EG才能定义未来的石墨烯科学。众所周知，石墨烯单层和多层在超高真空中的高温下在SiC晶体上生长。在这些温度下，硅从表面升华，富碳表面层转化为石墨烯。然而，由于在相对较低的温度下的高升华速率，在真空中生产的石墨烯的质量较差。GT团队开发了将SiC晶体封装在石墨外壳中的生长方法，从而隔离蒸发的硅并使生长过程更接近平衡。在这种约束控制升华（CCS）工艺中，在SiC晶体的两个极性面上生长非常高质量的石墨烯。自2003年以来，超过50篇出版物使用CCS生长的石墨烯，其中它被称为“炉生长”石墨烯。使用CCS方法在SiC的碳终止面上生长的石墨烯多层膜被示出由解耦的高迁移率石墨烯层组成。CCS方法现在应用于结构化碳化硅表面，以产生高迁移率的纳米图案化石墨烯结构，从而证明EG是下一代电子产品的可行竞争者。在这里，我们介绍了CCS方法，并展示了几个外延石墨烯的突出性能和应用。
2011-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Incongruent Melting and Phase Diagram of SiC from Machine Learning Molecular Dynamics
针对碳化硅高温相图因实验矛盾不明确的问题，采用贝叶斯主动学习训练的机器学习力场开展大规模MLMD模拟，揭示其不一致熔融机制并构建完整温压相图，解决了长期实验矛盾并为材料加工提供参考。
2025-10-28 cond-mat.mtrl-sci
