Interplay between O defects and SiC stacking at the SiC/SiO$_2$ interface
通过第一性原理计算，研究了在热氧化过程中存在和不存在O缺陷的情况下，SiC堆积对4 H-SiC/SiO $_2$界面的影响.已知4 H-SiC（0001）具有两种不同的表面类型，这取决于两个晶格位置$h$或$k$中的哪一个位于表面[K. Arima \textit{et al} .，应用物理信函\textbf{90}，202106（2007）]。我们发现沿SiC的导带边缘的层间状态，其位置的变化取决于界面类型，从而也缺陷的影响。当$h$位点直接在界面处时，O缺陷去除界面导带边缘态。另一方面，当$k$位点在界面处时，导带边缘对O缺陷的存在不敏感。这些差异将影响SiC器件的操作，因为最常用的基于SiC的金属氧化物半导体场效应晶体管依赖于导带的电子结构。
2015-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Structural stability and energy levels of carbon-related defects in amorphous SiO$_2$ and its interface with SiC
我们报告的密度泛函计算，系统地阐明了稳定形式的碳相关的缺陷和它们的能级在非晶SiO $_2$使用熔融淬火技术在分子动力学。考虑到SiC/SiO $_2$界面附近和远离界面处O化学势的位置依赖性，我们确定了最丰富的碳相关缺陷形式：远离界面处，CO $_2$或SiO $_2$内部空间中的CO是丰富的，它们是电子惰性的;在界面附近，碳聚集是可能的，并且特定的单碳缺陷和双碳缺陷在SiC导带底部附近诱导能级，从而成为载流子陷阱的候选者。
2018-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Boron and Barium Incorporation at the 4H-SiC/SiO2 Interface using a Laser Multi-Charged Ion Source
采用激光多电荷离子源对4 H-SiC/ SiO2界面进行B、Ba离子处理。采用调Q Nd：YAG激光器（波长λ = 1064 nm，脉宽τ = 7 ns，注量F = 135 J/cm 2）烧蚀B和Ba靶，产生多电荷离子。这些离子被一个静电场偏转，使它们与中性粒子分离。利用多电荷离子在4 H-SiC中进行纳米层生长和浅离子注入。几个金属氧化物半导体电容器（MOSCAP）与B和Ba的组合在SiC/SiO2界面制作。使用高低C-V测量来表征MOSCAP。B界面层降低了MOSCAP平带电压从4.5到0.04 V，而Ba层的影响可以忽略不计。
2021-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Effects of nitridation on SiC/SiO$_2$ structures studied by hard X-ray photoelectron spectroscopy
SiC将开启电力电子的新时代，影响从电动汽车到可再生能源的各种能源技术。其物理特性在许多方面优于硅，包括带隙、击穿场和热导率。SiC基功率半导体器件进一步发展的主要挑战是SiC与其原生电介质SiO $_2$之间的界面质量。高温氮化工艺可以极大地改善界面质量并最终提高器件性能，但对底层的化学过程仍然知之甚少。在这里，我们提出了一个能量依赖的硬X射线光电子能谱学（HAXPES）研究探测非破坏性的SiC和SiO $_2$和它们的界面在不同的气氛中处理的设备堆栈。我们成功地结合了实验室和同步加速器的HAXPES，提供了独特的见解界面缺陷的化学和钝化通过氮化过程。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Effect of nitrogen introduced at the SiC/SiO$_2$ interface and SiC side on the electronic states by first-principles calculation
该研究通过第一性原理计算发现，在SiC/SiO$_2$界面附近引入超过4 nm的高浓度氮掺杂层可减弱量子限制、增加反型层电子密度，并使波函数峰值远离界面，从而降低界面散射、提高电子迁移率。
2023-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Electrically detected magnetic resonance of carbon dangling bonds at the Si-face 4H-SiC/SiO$_2$ interface
基于SiC的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）在电力电子应用中具有重要意义。然而，在SiC/SiO $_2$界面处的电活性缺陷降低了器件的理想性能。相关的微观缺陷可以通过电子顺磁共振（EPR）或电检测磁共振（EDMR）来识别。这有助于确定制造工艺的哪些变化可能会导致器件性能和可靠性的进一步提高。EDMR测量显示，在不同处理的MOSFET中，尽管在测量的$g$ -因子中观察到一些差异，但具有非常相似的主导超精细（HF）光谱。在这里，不同的SiC MOSFET测得的HF光谱进行了比较，有人认为，在所有的设备中存在相同的主导缺陷。与模拟的C悬挂键（P $_\textrm{bC}$）中心和硅空位（V $_\textrm{Si}$）的光谱数据的比较表明，P $_\textrm{bC}$中心是一个更合适的候选人来解释所观察到的HF光谱。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial electrical and chemical properties of deposited SiO2 layers in lateral implanted 4H-SiC MOSFETs subjected to different nitridations
本文研究了在4 H-SiC上沉积SiO2层，并在NO和N2 O中进行不同的沉积后退火（PDA），以确定影响4 H-SiC MOSFET沟道迁移率和阈值电压稳定性的关键因素。特别是，PDA在NO中给出了更高的沟道迁移率（55 cm 2 V-1 s-1）比PDA在N2 O（20 cm 2 V-1 s-1），和亚阈值行为的设备证实了较低的界面态的NO的情况下的总量。后者也可以从栅控二极管配置中测量的4 H-SiC MOSFET的电容-电压特性的行为中推导出来。另一方面，循环栅极偏置应力测量允许分离的4 H-SiC带隙和近界面氧化物陷阱（NIOTs）在两个氧化物的上部和底部的界面态（NIT）的贡献。特别是，它被发现，NO退火降低了界面态捕获的电荷的总密度下降到3 × 1011 cm- 2和氧化物内捕获的那些下降到1 × 1011 cm-2。电子能量损失谱表明，在NO退火样品中这些陷阱的减少是由于在界面处的亚化学计量的氧化硅（~ 1 nm）和碳相关的缺陷（<1 nm）的量分别较低。这种相关性代表了理解SiO2/4 H-SiC界面物理的进一步进展，解释了4 H-SiC MOSFET的迁移率和阈值电压行为。
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Density functional theory study of effect of NO annealing on electronic structure and carrier-scattering property of 4H-SiC(0001)/SiO$_2$ interface
本文利用密度泛函理论计算研究了NO退火形成的氮化层对4H-SiC/SiO₂界面电子结构与载流子散射的影响，发现氮化层可屏蔽O原子的不利库仑作用，但低面N密度导致电势涨落显著散射电子，提出应提高面N原子密度以抑制散射。
2025-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical investigation of vacancy related defects at 4H-SiC(000$\bar{1}$)/SiO$_2$ interface after wet oxidation
基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了湿氧化后4H-SiC(000$\ar{1}$)/SiO$_2$界面硅碳空位缺陷的稳定性与形成机制，发现湿氧化引入的H原子终止悬挂键导致产生碳反位-碳空位和双空位缺陷。
2022-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Individual Characterization of Fast-Responding Trap States at the NO-Annealed SiO$_2$/4H-SiC Interface
The University of Tokyo（东京大学）
利用频率调制原子力显微镜的能量耗散信号，在NO退火的SiO$_2$/4H-SiC界面可视化并分析了单个快速响应陷阱态，发现其与氮化相关且能级分布延伸至界面导带边缘。
2026-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Identification of two trapping mechanisms responsible of the threshold voltage variation in SiO$_2$/4H-SiC MOSFETs
采用基于循环栅压应力的非弛豫方法，对SiO $_2$ /4 H-SiC系统中界面或近界面陷阱进行了全带隙探测。研究了横向MOSFET阈值电压的温度不稳定性，发现了两种独立的陷阱机制，一种机制与温度无关，它与近界面氧化物陷阱的存在有关，这些陷阱是通过半导体的隧穿而被俘获的。第二种机制，具有0.1 eV的激活能，已被关联到本征缺陷的存在下，在SiO $_2$ /4 H-SiC界面。
2020-04-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Density functional theory calculations for investigation of atomic structures of 4H-SiC/SiO$_2$ interface after NO annealing
本文利用密度泛函理论计算提出了NO退火后4H-SiC/SiO$_2$界面各面的原子结构，发现N原子在界面积累并形成氮化物层，消除了CO键引起的间隙态，从而降低界面缺陷密度。
2022-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of Traps at Nitrided SiO$_2$/SiC Interfaces near the Conduction Band Edge by using Hall Effect Measurements
利用霍尔效应测量和分裂电容-电压测量的一个简单的，新开发的表征方法，定性地研究了氮化对在$_2$ /SiC界面附近的导带边缘的陷阱密度的影响。结果表明，氮化的导带边缘附近的界面陷阱的密度显着减少，以及高密度的界面陷阱，这是不消除氮化。
2017-03-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron trapping at SiO2/4H-SiC interface probed by transient capacitance measurements and atomic resolution chemical analysis
研究栅氧化层（SiO2）与碳化硅（4 H-SiC）界面的电学和结构特性是一个基础性课题，对于理解和优化金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的性能具有重要意义。本文结合瞬态栅电容测量（C-t）和亚纳米分辨率的扫描透射电子显微镜电子能量损失谱（STEM-EELS）技术，研究了横向4 H-SiC MOSFET中的近界面氧化物陷阱（NIOT）。作为温度的函数的C-t测量结果表明，有效的NIOTs放电时间是温度无关的，电子从NIOTs发射到半导体通孔隧穿。NIOTs的放电时间进行建模，同时考虑到隧道弛豫模型中的界面态密度，它允许在距离SiO2/4 H-SiC界面高达1.3nm的隧道距离内定位陷阱。另一方面，亚纳米分辨率STEM-EELS揭示了非突变（NA）SiO2/4 H-SiC界面的存在。NA界面示出了亚化学计量的SiOx基质中的碳原子的重新排列。在NA界面区域的混合sp2/sp3碳杂化表明界面碳原子已经失去了四面体SiC配位。
2020-01-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomic-Scale Dynamics of the Formation and Dissolution of Carbon Clusters in SiO2
SiC的氧化产生SiO2，同时释放CO。然而，在较低温度下的“再氧化”步骤对于生产高质量的SiO2是必要的。该步骤被认为净化了残留C的氧化物，而没有SiC衬底的进一步氧化。我们报告的第一性原理计算，描述的成核和生长的O-缺乏的C簇在二氧化硅氧化条件下，由生产的CO在前进的接口，并通过供应O再氧化条件下逐渐溶解。我们预测，在这两个步骤中都释放出CO和CO2。
2001-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Core-level spectroscopy of Si/SiO_2 quantum wells: evidence for confined states
本文利用Si-2 p芯能级激发，对限制在非晶SiO_2势垒内的晶态Si薄膜的导电态进行了实验和理论研究。导带底附近的光谱峰与体硅光谱进行了比较。在Si量子阱中，发现导带底和低峰发生了蓝移，而所有高峰保持不变。实验结果得到了Si/SiO_2超晶格第一性原理结构模型计算结果的支持。实验结果表明，所有的导带偏移到一个给定的导带成为限制和蓝移，而那些在更高的能量不受限制，并进行没有移动。这些结果为Si/SiO_2结构的可见光发射特性强烈依赖于电子约束效应提供了明确的证据。
2002-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the SiO2-SiC interface using low energy muon spin rotation spectroscopy
使用正μ子作为以低能量注入的局部探针使得能够以纳米深度分辨率收集关于感兴趣的材料的信息（低能量μ子自旋旋转光谱（LE- $μ$ SR））。在这项工作中，我们利用LE- $μ$ SR的能力来进行SiO $_\text{2}$ -SiC界面的研究。研究了热氧化样品在一氧化氮（NO）和氩气（Ar）气氛中退火前后的变化。发现热氧化导致在靠近界面的SiC晶体和在界面本身的结构变化。已知NO环境中的退火钝化缺陷，导致界面陷阱（D $_{it}$）的密度降低; LE- $μ$ SR进一步揭示NO退火导致SiC中的高载流子浓度的薄层，取决于退火条件延伸到50 nm以上。我们还看到在热氧化之后在SiC中形成Si空位（V $_{Si}$）的迹象。NO退火后，氮占据的V $_{Si}$网站，导致D $_{it}$的减少，并在同一时间，创建一个电荷载流子丰富的区域附近的界面。通过比较的LE- $μ$ SR数据从一个已知的掺杂密度的样品，我们执行一个高分辨率的量化的自由载流子浓度的界面附近的NO退火后，并讨论观察到的近表面的变化的起源。最后，使用$μ$ SR示出了在界面下方的区域中的MOS电容器中的载流子的耗尽。NO退火的样品示出了最窄的耗尽区域，这可能是由于界面附近的D $_{it}$减小和电荷载流子富集区域。我们的研究结果表明，利用LE- $μ$ SR的许多好处，研究已无法与其他技术的半导体器件的关键区…
2022-11-18 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
Atomic scale localization of Kohn-Sham wavefunction at SiO2/4H-SiC interface under electric field, deviating from envelope function by effective mass approximation
利用密度泛函理论计算电场下SiO2/4H-SiC界面的Kohn-Sham波函数，揭示电子在原子尺度局域于近界面立方晶位，解释EMA失效及(0001)面低沟道电导率成因。
2023-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Density functional theory description of hole-trapping in SiO$_2$: a successful self-interaction-corrected approach
我们提出了一个自相互作用校正（SIC）密度泛函理论（DFT）的方法来描述系统的一个未成对的电子或空穴，如自旋1/2缺陷中心的固体或自由基。我们的功能是易于实现和它的最小化不需要额外的计算工作相对于普通DFT泛函。特别是，它不存在多个最小值，作为传统的SIC泛函。我们成功地验证了研究Al替代杂质在石英中的空穴自陷的方法。我们表明，我们的方法纠正了这个系统中的标准DFT泛函的众所周知的故障。
2004-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Origin of Negative Fixed Charge in Wet Oxidation for Silicon Carbide
基于第一性原理计算，我们证明了SiO $_2$中类碳酸根结构的形成可能是SiC热氧化过程中负固定电荷的内在来源.我们发现负固定电荷的两个可能来源是O孤对电子态和SiO $_2$中带负电荷的CO $_3$离子。这种CO $_3$离子能够由于SiO $_2$中存在残留的C原子（其预期从SiC和SiO $_2$之间的界面发射）以及在湿氧化期间掺入H原子而形成。
2012-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Band structure analysis of the conduction-band mass anisotropy in 6H and 4H SiC
用FP-LMTO方法计算了6 H和4 H SiC的能带结构，确定了导带最小值的有效质量张量。结果表明，与最近的光学检测的回旋共振测量和预测不寻常的带填充依赖6 H-SiC是一致的。
1995-08-02 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Impact of the NO annealing duration on the SiO2/4H-SiC interface properties in lateral MOSFETs: the energetic profile of the near-interface-oxide traps
本文通过TCAD能带仿真和横向MOSFET强反型电学测试，研究NO退火时间对SiO2/4H-SiC近界面氧化物陷阱能量分布及电荷俘获的影响。
2024-10-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quasi-Ballistic Thermal Conduction in 6H-SiC
电子器件的最小化使得相关设备的散热成为越来越大的挑战。当材料的尺寸小于声子平均自由程时，声子在没有内部散射的情况下传输，扩散热传导定律失效，导致有效热导率显著降低。本文首次报道了掺杂外延6 H-SiC和单晶多孔6 H-SiC在室温以下的热导率随温度的变化。在这些样品中观察到强烈的准弹道热传输，特别是在低温下。掺杂和结构边界被施加到调谐准弹道热输运，因为掺杂剂选择性地散射高频声子，而边界散射声子与长的平均自由程。观察到异常强的声子散射硼掺杂剂相比，氮掺杂剂。此外，在测量的热导率的数量级减少，观察到在低温下的多孔6 H-SiC相比，外延6 H-SiC。最后，第一性原理计算和一个简单的卡拉威模型建立理解测得的热导率。我们的工作揭示了对技术重要的宽带隙半导体（如6 H-SiC）中热传导的基本理解，并将影响6 H-SiC相关电子和设备的热管理等应用。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Density functional theory study on effect of NO annealing for SiC(0001) surface with atomic-scale steps
本研究利用密度泛函理论计算发现，NO退火在4H-SiC(0001)/SiO2界面引入氮化层，屏蔽了O原子的库仑相互作用，修复了台阶边缘反型层的不连续性，从而提高了移动电子密度并改善了器件性能。
2023-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial properties of 2D WS2 on SiO2 substrate from x-ray photoelectron spectroscopy and first-principles calculations
采用高分辨X射线光电子能谱学（XPS）和第一性原理计算研究了在SiO2基片上沉积的二维WS 2薄膜的界面性质.用直接（间接）方法测得单层WS 2/SiO2界面处的价带偏移（VBO）为3.97 eV（3.86 eV），导带偏移（CBO）为2.70 eV（2.81 eV）。此外，体WS 2/SiO2界面处的VBO（CBO）被发现是约0.48 eV（0.33 eV）大，由于层间轨道耦合和分裂的价带和导带边缘。因此，WS 2/SiO2异质结构具有I型能带对准。除了SiO2的理论带隙较窄外，实验和理论得到的能带偏移是一致的。理论计算进一步揭示了每个S原子的结合能为75 meV，且部分态密度完全分离，表明WS 2单层与SiO2表面之间存在弱相互作用，费米能级钉扎效应可以忽略不计.我们的实验和理论结合的结果提供了充分的VBO和CBO和弱相互作用在二维WS 2/SiO2异质结构的证据。
2022-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Knudsen flow in nanostructured semiconductor systems
我们确定的晶格热导率的纳米线和多层结构中形成的一些典型的半导体材料的尺寸效应，使用玻尔兹曼输运方程，并专注于努森流效应。对于这两种类型的纳米结构的系统，我们发现，声子输运显着降低低于体积值的边界散射界面缺陷和/或界面模式。努森流效应对于几乎所有类型的半导体纳米结构都很重要，但我们发现它们在Si和SiC系统中最明显，这是由于非常大的声子平均自由路径。我们应用和测试我们的线热传输的结果，最近的测量硅纳米线。我们进一步研究和预测典型的多层SiC纳米结构中的尺寸效应，例如，掺杂的SiC/SiC/SiO $_2$分层结构，可以定义纳米晶体管中的传输通道。这里的声子界面散射产生的异质结构的热导率小于在传统的热传输计算中预测的，这表明传统的傅立叶分析，即使在室温下的故障。最后，我们表明，在SiC/SiO $_2$异质结构的有效热输运是敏感的氧化物的深度，因此可以作为一个原位探针的SiC氧化进程。
2005-03-30 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature quantum spin Hall states in buckled III-V-monolayer/SiO$_{2}
在对几乎所有的无机三维材料建立了基本的理解和高通量的拓扑表征之后，普遍的兴趣和功能应用的需求推动了拓扑绝缘体的研究，以探索具有更稳健的拓扑性质和更少的制造挑战的系统。因此，铋烯/SiC（0001）中室温量子自旋霍尔（QSH）态的成功演示引发了对实验上易于访问的二维拓扑系统和更大拓扑间隙的搜索。在这项工作中，我们提出了一个家庭的III-V蜂窝单层SiO $_{2}$是下一代的大间隙QSH系统，基于此自旋电子器件可能会在室温下工作，由于其扩大的拓扑间隙（$\sim$ 900毫电子伏）相比，铋/SiC（0001）。基本上，这也实现了不同于Kane-Mele型铋/SiC（0001）的带反转型QSH绝缘体。
2021-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Competing Atomic and Molecular Mechanisms of Thermal Oxidation
SiC和Si的氧化为研究氧化机理提供了独特的机会，因为产物是相同的SiO2。硅的氧化遵循线性-抛物线规律，氧化剂为分子氧。SiC的氧化遵循相同的线性-抛物线规律，但具有不同的速率和活化能，并表现出更强的面依赖性。利用第一性原理计算的结果，我们表明，原子和分子氧是氧化剂的Si和C面SiC分别。比较SiC和Si，我们阐明了界面如何控制原子和分子机制之间的竞争。
2012-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Band bending and quasi-2DEG in the metallized $β$-SiC(001) surface
研究了氢吸附诱导$β$ -SiC（001）富硅表面金属化的机理。我们分析了能带弯曲的影响，并证明了准二维电子气的存在，这源于从吸附氢到体导电态的电子捐赠。我们还提供了一个简单的模型，捕捉的主要特点的第一性原理计算的结果，并揭示了该过程的基本物理。
2008-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Reduction of interface state density in SiC (0001) MOS structures by low-oxygen-partial-pressure annealing
我们报道了在低氧分压（low-p $_{\rm O2}$）环境中退火可以有效地降低SiC（0001）/SiO $_{\rm 2}$界面处的界面态密度（D $_{\rm IT}$），该界面态密度靠近SiC的导带边缘（E $_{\rm C}$）。通过高（1 MHz）-低方法估计的在E $_{\rm C}$ $-$ 0.2 eV处的D $_{\rm IT}$值在氧化态样品中为6.2 $\times$ 10 $^{12}$ eV $^{-1}$ cm $^{-2}$，其通过随后在O $_{\rm 2}$（0.001%）中在1500 ${}^\circ$ C退火而降低至2.4 ${\times}$ 10 $^{12}$ eV $^{-1}$ cm $^{-2}$，而没有界面氮化。尽管在纯Ar中退火在氧化物中引起漏电流，但低p $_{\rm O2}$退火（p $_{\rm O2}$ = 0.001 - 0.1%）不会降低氧化物介电性质（击穿场~ 10.4 MVcm $_{\rm O2}$）。
2019-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Etching-dependent reproducible memory switching in vertical SiO2 structures
采用干法和湿法刻蚀方法制备了夹在顶部钨电极和导电非金属衬底之间的SiO $_{2}$垂直结构。这两种结构表现出类似的电压控制的存储器行为，其中短电压脉冲（1 $μ$ s）可以切换高和低阻抗状态之间的设备。通过比较不同方法制备的结构的电流-电压特性，蚀刻氧化物边缘的电导与结果最一致，为金属/SiO/金属系统中的类似行为提供了见解。证明了超过10个$^{4}$的高开/关比。
2008-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Electron backscattering from stacking faults in SiC by means of \textit{ab initio} quantum transport calculations
我们利用密度泛函理论量子输运计算方法研究了3C-和4 H-SiC中单个和多个层错的相干背散射现象。我们发现，SF引起的价带和导带内的高色散带，可以区分为他们的增强的状态密度在特定的波数子空间。随之而来的局部扰动电位显着散射传播的电子波，并强烈增加$n$掺杂系统的电阻。我们认为，从SF的共振散射应该是在碳化硅器件操作的主要退化机制之一。
2012-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Influence of vacuum annealing on interface properties of SiC (0001) MOS structures
研究了真空退火对碳化硅（SiC）金属氧化物半导体（MOS）结构界面特性的影响。对于氧化和一氧化氮（NO）退火的样品，界面态密度（$D_{\rm it}$）附近的导带边（$E_{\rm C}$）的SiC没有增加随后的真空退火。相比之下，对于磷酰氯（POCl $_3$）退火的样品，通过真空退火，$E_{\rm C}-0.2$ eV下的$D_{\rm it}$从$1.3\times10^{10}$增加到$2.2\times10^{12}$ cm $^{-2}$ eV $^{-1}$，并且MOS场效应晶体管（MOSFET）的沟道迁移率从109 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$。基于二次离子质谱测量结果，讨论了观察到的$D_{\rm it}$增加的机制。
2019-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Heat Conduction across Monolayer and Few-Layer Graphenes
我们报告了典型的石墨烯晶体管接触的Au/Ti/石墨烯/SiO2界面（石墨烯层1 < n < 10）的热导率G。我们发现G ~ 25 MW m-2 K-1在室温下，四倍小于金/钛/二氧化硅界面的热导率，即使当n = 1。我们将这种减少归因于Au/Ti/石墨烯和石墨烯/SiO2界面串联作用的热阻。从50 < T < 500 K的G的温度依赖性也表明，热主要由声子通过这些界面进行。我们的研究结果表明，金属接触不仅可以限制电传输，还可以限制亚微米石墨烯器件的散热。
2010-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic band gap reduction and intense luminescence in Co and Mn ion-implanted SiO$_2$
钴和锰离子在宽浓度范围内注入到SiO $_2$中。对于低浓度，Co原子占据间隙位置，与氧协调，而金属Co簇在较高的注入浓度下形成。对于这里研究的所有浓度，Mn离子保持在间隙位置，不集群。使用共振X射线发射光谱和安德森杂质模型计算，我们确定的间隙离子和SiO $_2$价带之间的共价相互作用的强度，发现它可比锰和钴的一氧化物。此外，我们发现一个增加减少的SiO $_2$的电子带隙增加注入浓度，主要是由于引入Mn和Co衍生的导带态。我们还观察到一个带的X-射线激发发光在2.75 eV注入后，由于在注入过程中形成的缺氧中心的强烈增加。
2014-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Si Intercalation Beneath Epitaxial Graphene: Modulating Mott States at the SiC(0001) Interface
本研究通过三种制备方法实现SiC(0001)上外延石墨烯的Si插层，发现界面悬挂键态因在位排斥发生Mott-Hubbard金属-绝缘体转变，证实石墨烯传导电子对在位排斥的屏蔽作用，为带隙可调莫特绝缘体研究提供模板。
2025-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependent behavior of localized and delocalized electrons in nitrogen-doped 6H SiC crystals as studied by electron spin resonance
本文研究了用Lely法和升华三明治法生长的n型6 H-SiC晶体中氮施主的电子自旋共振（ESR）谱的温度行为，施主浓度为10^17 cm^（-3），温度范围为60-150 K。在T>=80 K的ESR谱中观察到一个宽的信号，具有洛伦兹线形，gpar=2.0043（3），gper=2.0030（3），这在文献中以前被归属于1 s（E）激发态的N施主。通过对ESR谱线的线形、线宽和g张量的分析，我们将此信号归因于传导电子。在T>80 K时，CE ESR信号的出现是由于N施主的1 s（A）基态和1 s（E）激发态电子电离到导带，而Nk 1，k 2施主的超精细（hf）分裂随温度升高而减小则归因于hf分裂的运动窄化效应. CE ESR线宽的温度依赖性由指数规律（Orbach过程）描述，其中活化能对应于驻留在准立方位置（Nk 1，k2）的N的1 s（A1）和1 s（E）能级之间的能量分离。通过对非接触法测量的微波电导率与温度关系的理论分析表明，由于两种样品中费米能级的位置不同，Lely生长样品中Nk 1，k2施主的能级和SSM生长的6 H SiC中六方晶系Nh的能级都发生了自由电子的电离
2015-12-17 cond-mat.mtrl-sci
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
Band Offsets at Semiconductor-Oxide Interfaces from Hybrid Density Functional Calculations
通过基于混合密度泛函的方案来确定超导体-氧化物界面处的能带偏移，该方案包含Hartree-Fock交换的一部分$α$。对于每个体成分，调节部分$α$以再现实验带隙，然后相对于参考能级定位导带和价带边缘。通过界面计算确定批量参考水平的排列，并且显示几乎与分数$α$无关。将该方案应用于Si-SiO $_2$、SiC-SiO $_2$和Si-HfO $_2$界面，得到了与实验非常一致的结果。
2008-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Elucidation of the atomic-scale mechanism of the anisotropic oxidation rate of 4H-SiC between the ($0001$) Si-face and ($000\overline{1}$) C-face by using a new Si-O-C interatomic potential
碳化硅（SiC）是一种在电力电子器件中有广泛应用前景的半导体材料。然而，高质量SiC/SiO ${}_2$界面的制造一直是一个挑战。众所周知，Si面和C面之间的氧化速率存在很大差异，并且Si面上的氧化物质量大于C面上的氧化物质量。然而，SiC热氧化的原子机制仍有待解决。本文提出了一种新的Si-C-O原子间相互作用势来再现SiC热氧化动力学。使用这种新开发的潜力，在不同温度下进行大规模的SiC氧化模拟。结果表明，Si面的活化能远大于C面。在Si面的情况下，产生包括Si ${}^{1+}$的平坦且对准的界面结构。基于估计的中间氧化物状态的活化能，它提出了平坦的界面结构的稳定性是起源的Si面的氧化的高活化能。相反，在C面的情况下，发现界面处的Si原子容易被O原子上拉。这一过程产生了无序的界面，降低了氧化的活化能。还提出在C面的情况下产生许多过量的C原子。
2018-04-24 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on structure and anisotropy of high N-atom density layer in 4H-SiC
采用氮化退火工艺降低了界面陷阱态，降低了4H-SiC/SiO ${}_2$金属氧化物半导体场效应晶体管的沟道迁移率。在最近的实验中，高N-原子密度层在退火界面处的存在被报道，并且已知它们的浓度在晶面中是各向异性的。到目前为止，原子结构和周围的氮化退火过程中纳入的N原子的各向异性的起源的电子状态的作用还没有得到很好的理解。在这项工作中，我们提出了一个简化的原子尺度模型结构的4H-SiC与高N原子密度层（$\sim 10^{15}~\mathrm{atom}/\mathrm{cm}^2$），这是实验观察的顺序。我们使用块体4H-SiC作为主体晶体，并考虑在准立方-（$k$-）和六方-（$h$-）位置上的N原子结合结构的几组原子构型的$a$-，$m$-和Si-（C-）平面。基于密度泛函理论计算，我们研究了能量稳定性对分布方向的影响。虽然我们的体模型是简化相比，现实的界面结构，我们确认模型之间的显着差异，并观察到N原子上的$a$面的掺入是稳定的。此外，从电子态的分析，我们认为，这种形成能的各向异性起源于由于N-原子纳入结构的几何构型的差异而导致的配位数的变化。
2021-08-18 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
Injection-Limited and Space-Charge-Limited Conduction in Wide Bandgap Semiconductors with Velocity Saturation Effect
针对宽禁带半导体高电场下的速度饱和效应，提出包含场致注入、空间电荷与速度饱和的广义载流子输运模型，揭示了速度饱和SCLC主导亚微米GaN和SiC二极管高压输运的核心机制。
2023-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Anomalous conduction band fluctuation in silicon carbide metal-oxide-semiconductor structures revealed by electrical characterization of field effect transistors combined with self-consistent numerical calculations
通过数值计算再现了碳化硅（SiC）金属氧化物半导体（MOS）场效应晶体管（MOSFET）的实验电流-电压特性，确定了其导带边附近的界面态密度（$D_{\rm it}$）分布。在计算中，通过求解泊松方程和薛定谔方程，分别计算了反型层中的势分布和能量子带。我们证明，MOSFET的栅极特性很好地描述了考虑的界面态是由自由电子态密度的波动在一个二维系统。的$D_{\rm it}$分布几乎是唯一确定的氧化物形成过程（氧化或界面氮化）和独立的受体浓度（$3\times10^{15}-1\times10^{18}\ {\rm cm^{-3}}$）。
2019-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the n-type and p-type conductivity of MoS2 monolayers on a SiO2 substrate
采用从头算密度泛函理论研究了在SiO2衬底上沉积的MoS 2单层膜在界面杂质和缺陷存在下的电子性质.当MoS 2被放置在无缺陷的衬底上时，氧化物起着不重要的作用，因为MoS 2的导带顶和价带最小值大约位于SiO2带隙的中间。然而，如果Na杂质和O悬挂键在SiO2表面引入，这些导致局部状态，调制的导电性的二硫化钼单层从n型到p型。我们的研究结果表明，沉积在SiO2上的MoS 2的导电性能主要是由MoS 2/SiO2界面的详细结构决定的，并建议掺杂衬底可以代表一个可行的策略工程MoS 2为基础的设备。
2013-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the physical origins of switching diversity in Cu-embedded SiO$_x$ memristive devices
Ruhr University Bochum（鲁尔大学波鸿分校）；Kiel University（基尔大学）；Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems ENAS（弗劳恩霍夫电子纳米系统研究所）
本研究通过模拟框架揭示Cu嵌入SiO_x忆阻器件中界面型和细丝型开关多样性的微观机制，准确重现七种实验I-V响应。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductance across bonded SiOx-SiOx interfaces in hybrid bonding process
School of Integrated Circuits and Beijing Advanced Innovation Center for Integrated Circuits, Peking University（北京大学集成电路学院与北京集成电路先进创新中心）；School of Integrated Circuits, Southeast University（东南大学集成电路学院）
本研究通过低温键合技术制备SiO-SiO界面，并利用时域热反射技术测定其热边界导率，发现其热导率下限为150 MW/m²-K，为混合键合结构的热管理提供了关键数据。
2026-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Doping Dependence of Thermal Oxidation on n-type 4H-SiC
研究了掺杂对n型4 H-SiC干热氧化速率的影响。对于氮掺杂在6.5e15/cm ~ 3至9.3e18/cm ~ 3范围内的样品，在1000 ℃至1200 ℃的温度范围内进行氧化，显示出明显的掺杂依赖性。具有较高掺杂浓度的样品显示出较高的氧化速率。使用修改后的Deal-Grove模型解释结果。线性和抛物线速率常数和活化能提取。增氮使线性速率常数指前因子从10- 6 m/s增加到10- 2 m/s，抛物线速率常数指前因子从10 e9 m2/s增加到10 e6 m2/s。线性速率常数的增加归因于掺杂引起的晶格失配的缺陷，其倾向于比体晶区域更具反应性。在扩散限制的抛物线速率常数的增加是由于氧化物质量的掺杂引起的晶格失配的退化。通过观察到生长的氧化物膜的光密度从1.4降低到1.24，证实了这种劣化。线性激活能在1.6 ~ 2.8eV之间变化，抛物线激活能在2.7 ~ 3.3eV之间变化，随掺杂浓度的增加而增加。这些增加的活化能归因于较高的氮含量，导致有效键能的增加，这是由于C-Si（2.82eV）和Si-N（4.26eV）结合能的差异。这项工作提供了至关重要的信息，在工程中的SiO2的SiC MOS结构，这通常涉及非常不同的掺杂浓度的区域，并表明，在SiC中的高掺杂浓度的热氧化可能是缺陷介导的。
2010-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Strain effect in highly-doped n-type 3C-SiC-on-glass substrate for mechanical sensors and mobility enhancement
本工作报告的应变效应的电性能的高掺杂n型单晶立方碳化硅（3C-SiC）转移到6英寸的玻璃基板采用阳极键合技术。实验数据显示沿[100]取向的纵向和横向的高规范因子分别为-8.6和10.5。高掺杂3C-SiC薄膜的压阻效应在几次弯曲循环后也表现出良好的线性和一致的再现性。实验结果与基于n型3C-SiC导带多谷间电子转移现象的理论分析相吻合。我们的发现，在n型3C-SiC的大规范因子加上消除电流泄漏到绝缘衬底可以铺平道路的发展单晶SiC玻璃基MEMS应用。
2018-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Annealing shallow Si/SiO$_2$ interface traps in electron-beam irradiated high-mobility metal-oxide-silicon transistors
电子束（e-beam）光刻通常用于制造金属氧化物硅（MOS）量子器件，但是在Si/SiO $_2$界面处产生缺陷。在这里，我们表明，形成气体退火是有效的消除浅缺陷（$\leq$ 4 meV以下的导带边缘）由电子束曝光通过测量浅电子陷阱的密度在两组高迁移率MOS场效应晶体管（MOSFET）。一组用电子束（10 keV，40 $μ$ C/cm $^2$）照射，随后在合成气体中退火，而另一组保持未暴露。低温（335 mK）传输测量表明，合成气体退火将电子束暴露样品的峰值迁移率（14，000 cm $^2$ /Vs）恢复到未暴露样品的迁移率（23，000 cm $^2$ /Vs）的两倍内。使用电子自旋共振（ESR）来测量浅陷阱的密度，我们发现，这两组设备几乎是相同的，这表明形成气体退火是足够的退火所产生的电子束曝光的浅缺陷。拟合两组设备的传输数据的渗滤过渡模型，我们提取T=0的渗滤阈值密度与我们的最低温度ESR测量的陷阱密度的定量协议。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Gapped Nearly Free-Standing Graphene on an SiC(0001) Substrate Induced by Manganese Atoms
利用角分辨光电子能谱研究了SiC（0001）衬底上吸附锰的石墨烯的电子能带结构。在引入锰原子后，石墨烯的导带完全消失，并且在费米能以下0.4 eV处观察到价带最大值。同时，价带的斜率减小，接近使用局域密度近似方法计算的电子能带结构。虽然前者提供了在SiC衬底上形成几乎独立的石墨烯的实验证据，伴随着金属到绝缘体的转变，但后者表明其电子相关性可以通过外来原子进行修改。这些结果为使用半导体和电荷中性的石墨烯的有前景的器件应用铺平了道路。
2018-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermal conduction through nanostructured interfaces
在纳米结构系统中，界面主导热传导，并且许多工作集中在增强界面传导的方法上。这些方法通常解决平面界面，其中热通量矢量在任何地方都垂直于界面。在这里，我们探讨了纳米结构的界面几何形状，使用非平面的功能，以提高有效的界面电导超出可能与平面界面。该界面由嵌入在SiO2内的相互交叉的Al柱组成，其特征尺寸范围为100 nm至800 nm。通过在1.6 μ m和200 nm之间改变柱到柱间距L_P，同时保持相同的Al：SiO2填充分数，来调制总侧壁表面积以突出该附加沟道的影响。利用光学泵浦-探测热反射测量，我们发现厚度约为65 nm的鳍层的有效电导随着L_P的减小而单调增加，并且当L_P = 200 nm时，其电导是具有相同体积比和平面界面的叠层的预测值的两倍多。通过玻尔兹曼输运模型和有限元计算相结合，我们探讨了间距L_P和柱的长宽比对有效热导的影响。这一分析表明，纳米结构界面的概念可以扩展到扩散和准弹道介质之间的界面在高度缩放的设备。我们的工作提出，控制纹理的接口可以促进界面传导超出平面界面制度，在纳米级的热管理开辟了新的途径。
2017-02-18 cond-mat.mes-hall 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
