Disentangling defect-induced ferromagnetism in SiC
我们提出了一个详细的调查与氖离子轰击SiC单晶的磁性。通过仔细测量原始和辐照SiC的磁化强度，我们将SiC的磁化强度分解为顺磁、超顺磁和铁磁贡献。铁磁性的贡献仍然远高于室温，并表现出明显的磁各向异性。我们定性地解释了作为一个内在的缺陷的聚集倾向的结果的磁性。
2014-01-22 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
Optical charge state control of spin defects in 4H-SiC
碳化硅（SiC）中的缺陷已经成为光学活性自旋量子技术的有利平台。自旋量子位存在于这些缺陷的比荷状态中，其中控制这些状态的能力可以提供量子位的增强的自旋相关读出和长期电荷稳定性。我们研究了4 H-SiC中两个主要自旋量子比特，双空位（VV）和硅空位（Vsi）的电荷状态控制，获得了这些缺陷的亮态和暗态之间的双向光电荷转换。我们测量增加的光致发光VV合奏高达三个数量级，使用近紫外线激发，这取决于基板，而不会降低电子自旋相干时间。这种电荷转换在低温下保持稳定数小时，允许相对电荷状态群体的空间和持久图案化。我们开发了所涉及的缺陷和光学过程的综合模型，为改进材料设计和开发SiC中的量子应用提供了坚实的基础。
2017-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-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
First principles predictions of magneto-optical data for semiconductor defects: the case of divacancy defects in 4H-SiC
半导体中磁光活性单点缺陷的研究和设计由于其在量子比特和单光子发射器应用中的潜力而迅速发展。详细了解候选缺陷的性质对于这些应用是必不可少的，并且需要识别缺陷的微观构型和电子结构。多组分半导体通常具有两种或更多种非等效的点缺陷配置。这些配置通常表现出类似的电子结构和基本功能，然而，它们在细节上不同，这在考虑单个缺陷应用时非常重要。因此，识别点缺陷的非等效配置对于成功的单缺陷操作和应用是必不可少的。一个有前途的方法来识别缺陷是通过比较实验测量和第一原理计算的结果。我们调查的可能性，以产生准确的从头算数据的零声子线和超精细耦合参数，需要系统的量子位搜索。我们专注于可能使用的双空位缺陷的量子位在4 H-SiC的相关属性。我们提供了一个决定性的识别4 H-SiC中的双空位配置和澄清4 H-SiC双空位零声子光致发光线的先前预测的差异。
2017-08-15 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
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
Many body effects in the excitation spectrum of a defect in SiC
我们表明，电子相关性控制的准粒子能带结构和激子效应的重整化在SiC中的缺陷的物理。我们考虑碳空位，这是一个很好的识别缺陷，有两个可能的激发通道，涉及导电和价带状态。修正的Kohn-Sham电离水平被发现强烈依赖于占领的缺陷状态。激子效应引入0.23 eV的红移。该分析明确地重新分配了光诱导顺磁共振测量中阈值处的激发机制[J. Dashdorj \emph{et al.}，J. Appl. Phys. \textbf{104}，113707（2008）]。
2010-03-20 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
Effects of point defects on oxidation of 3C-SiC
采用分子动力学模拟研究了退火诱导的点缺陷对SiC氧化的影响。PD通常增加晶粒的氧化速率。特别是，由Si反位和空位引起的加速度相当，其次是Si反位，这是高于由C反位和C反位。然而，在晶界（GB）区域，缺陷对氧化的贡献更为复杂，与C antisites减速氧化。其根本原因是沿氧扩散路径形成富C区，与沿没有缺陷的GB的氧化相比，富C区阻挡了O进入Si，从而降低了氧化速率。
2021-03-31 cond-mat.mtrl-sci
High-Field EPR/ENDOR of N/Be Centers for Defect Engineering in 6H-SiC
Institute of Physics, Kazan Federal University（喀山联邦大学物理研究所）；Ioffe Institute（约费研究所）；Higher School of Cybertechnology, Mathematics and Statistics, Plekhanov Russian University of Economics（普列汉诺夫俄罗斯经济大学网络技术与数学统计高等学院）
本研究通过高场EPR/ENDOR表征6H-SiC中氮/铍中心，明确其自旋特性与电子核相互作用，证实双杂质掺杂可保持晶格结构，为SiC缺陷工程及量子技术应用提供依据。
2026-07-31 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Theory of shallow and deep boron defects in 4H-SiC
摘要尽管在提高$p$型4 H-SiC衬底和层的质量方面取得了进展，但我们仍然没有能够解释文献中大量与硼相关的光学、结和顺磁共振实验的模型。一个突出的难题是观察到两个浅的硼缺陷，而不同的轴向取向所发现的电子顺磁共振（EPR）和电子核双共振（ENDOR）数据。在掺杂有其他III族元素的材料中没有观察到该特征。另一个悬而未决的问题涉及相互矛盾的结论，从光致发光和EPR研究更深的硼中心，这已被链接到相当不同的模型，无论是基于替代或空位相关的硼缺陷。我们解开这些和其他问题的第一性原理计算，其中的温度依赖的稳定性，电子活动，和顺磁响应的硼缺陷在4 H-SiC的调查。
2023-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Boron-related defects in n-type 4H-SiC Schottky barrier diodes
本文通过少数载流子瞬态谱研究了n型4H-SiC肖特基二极管中硼相关缺陷，发现高浓度硼引入深能级缺陷但未恶化器件电学特性。
2023-03-17 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
Distinguishing the EH1 and S1 defects in n-type 4H-SiC by Laplace DLTS
本文报道了低能电子和快中子辐照4 H-SiC的深能级瞬态谱和拉普拉斯深能级瞬态谱研究结果。辐照引入两个缺陷，Ec-0.4eV和Ec-0.7eV。它们以前被分配到碳间隙（Ci）标记为EH 1/3和硅空位（VSi）标记为S1/2，分别为低能电子和快中子照射。这项工作演示了如何拉普拉斯DLTS可以被用来作为一个有用的工具，区分EH 1和S1缺陷。我们发现EH 1由来自Ci（h）的单一发射线组成，而S1具有来自VSi（h）和VSi（k）晶格位的两条发射线。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects and carbon clusters in 4H-SiC: A hybrid functional study
我们报告的第一性原理计算，澄清的形成能量和电荷跃迁水平的原生点缺陷和碳团簇在4 H多型碳化硅（4 H-SiC）在富碳条件下。我们采用了一种混合功能，再现SiC的实验带隙以及提供可靠的缺陷特性。对于点缺陷，我们调查了单空位，反位，和相关网站上的Si和C的晶体。对于碳团簇，我们系统地将两个额外的C原子引入到完美的4 H-SiC晶格中，去除Si原子和不去除Si原子，并进行结构优化以确定稳定的缺陷构型。我们发现，中性Si反位是积极有利的Si点缺陷在很宽的范围内的费米能级位置周围的本征制度，而带负电荷的Si空位和带正电荷的Si间隙的网站上包围的三个Si和三个C原子成为有利的n型和p型条件下，分别。对于C点缺陷，中性C反位是有利的本征和n型条件下，而带正电的C空位成为有利的p型条件下。我们还发现，一个二碳反位是更有利的比一个C-分裂间隙，这是最稳定的形式的单碳化合物。
2019-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Rise and fall of defect induced ferromagnetism in SiC single crystals
研究了含VSi-VC双空位的6 H-SiC单晶的磁性和结构性质。我们发现，在室温下，结构无序的初始增加导致显着的铁磁性能。无序的进一步引入降低了饱和磁化强度，并伴随着晶格非晶化的发生。接近完全非晶化的阈值，也形成双空位团簇，饱和磁化强度几乎下降到零。
2011-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Clustering of vacancy defects in high-purity semi-insulating SiC
用正电子寿命谱研究了半绝缘碳化硅中的本征空位缺陷。该材料显示含有（i）由4- 5个缺失原子组成的空位簇和（ii）与Si空位相关的带负电荷的缺陷。与团簇结合的总开放体积与生长态和退火态材料的电阻率相关。我们的研究结果表明，硅空位相关的复合物电补偿生长的材料，但迁移，以增加在退火过程中的集群的大小，导致电阻率的损失。
2006-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen decoration of basal plane dislocations in 4H-SiC
基面位错（BPD）对4 H-SiC双极功率器件的可靠性提出了很大的挑战。大量的氮掺杂促进了BPD向穿透刃位错（TEDs）的转化，提高了4 H-SiC基双极功率器件的可靠性。然而，N与BPDs之间的相互作用以及N对BPDs电子性质的影响仍不明确，这严重阻碍了对4 H-SiC基双极功率器件电子输运机理的理解。结合熔融碱蚀刻和开尔文探针力显微镜（KPFM）分析，我们证明，BPD创建受体类状态在未掺杂的4 H-SiC，而作为施主在N掺杂的4 H-SiC。第一性原理计算证实了BPD在未掺杂的4 H-SiC的价带最大值（VBM）以上产生占据的缺陷态，在导带最小值（CBM）以下产生未占据的缺陷态.在未掺杂的4 H-SiC中，电子从本征缺陷和原生杂质的缺陷态转移到BPD的未占据缺陷态，导致BPD的类受主行为。缺陷形成能表明，在4 H-SiC的N掺杂过程中，N原子可以自发地修饰BPD。N和BPD之间的结合是强的，以防止分解。N掺杂的4 H-SiC中，N掺杂在BPD核的积累导致了类施主态在BPD核的积累。这一工作不仅丰富了对N掺杂4 H-SiC双极器件中BPD电子行为的理解，而且有助于理解4 H-SiC基双极功率器件的电子输运机理。
2022-05-13 cond-mat.mtrl-sci
The role of graphitic filaments in resistive switching behaviour of amorphous silicon carbide thin films
报道了单复合靶磁控溅射法制备的非晶碳化硅（a-SiC）薄膜的电阻开关特性。开关性能作为薄膜厚度（50，100和300 nm）的函数，以及不同的顶部金属电极（铜，铂和银）与底部电极固定为金，进行了研究。的开关参数（形成电压，设置和复位电压和相应的电流）被发现是依赖于SiC膜的厚度，它被观察到，100 nm是最佳的耐久性的最佳厚度。金属电极与a-SiC薄膜之间的界面在实现开关性能方面起着更重要的作用。最佳器件的电阻关/开比为108，保持时间>104 s，耐久性为50次循环。横截面扫描电子显微镜提供的证据表明，开关的机制涉及碳纤维的形成和拉曼光谱表明，这些纤维是纳米晶石墨的性质。目前的工作清楚地表明，在开关周期过程中，SiC发生解离，从而形成纳米晶石墨丝。除了金属丝之外，这些有助于a-SiC基电阻式存储器器件中的切换。
2019-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Negative thermal expansion coefficient and amorphization in defective 4H-SiC
研究通过分子动力学模拟发现，4H-SiC在临界缺陷密度下出现宏观负热膨胀和非晶化，且$c_v$随缺陷密度指数下降至绝热过程，为抗辐射电子器件开发提供依据。
2023-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Ab initio study of the migration of intrinsic defects in 3C-SiC
采用基于密度泛函理论的从头算方法研究了3C-SiC中本征缺陷的扩散。空位迁移到自己的子晶格。碳分裂间隙和两个相关的硅间隙，即四面体碳协调间隙和<110>定向分裂间隙，被发现是远比空位更流动。在p型和补偿材料中转变成空位-反位复合物的硅空位的亚稳性在动力学上抑制其对扩散过程的贡献。分析了杂质和空位在自扩散中的作用。定性地讨论了掺杂剂扩散的后果。我们的分析强调了基于硅和碳材料的机制的相关性。
2003-09-30 cond-mat.mtrl-sci
M-center in low-energy electron irradiated 4H-SiC
本文报道了用深能级瞬态谱（DLTS）和Laplace-DLTS研究低能电子辐照4 H-SiC材料的结果。电子辐照引入了以下深能级缺陷：以前被分配为碳晶格相关缺陷的EH 1和EH 3，以及最近被分配为碳间隙缺陷的亚稳缺陷M-中心。我们提出EH 1和EH 3与M1和M3完全相同，并将它们分别赋给C_i^（=）（h）和C_i^（0）（h）。此外，我们提供了直接的证据表明，拉普拉斯DLTS可以作为一个很好的工具来区分否则相同的DLTS信号与S1（VSi）和EH 1（Ci）。
2022-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Identification of the major cause of endemically poor mobilities in SiC/SiO2 structures
具有良好载流子迁移率的材料是器件应用所期望的，但在实际器件中，迁移率通常受到界面和接触存在的限制。在半导体-电介质界面处的迁移率退化通常归因于界面处或电介质内部的缺陷，如在Si/SiO2结构中的情况，其中处理不会在半导体中引入有害缺陷。在SiC/SiO2结构的情况下，十年的研究集中在减少或钝化界面和氧化物缺陷，但低迁移率一直存在。通过调用理论结果和现有的实验证据，我们表明，热氧化产生的半导体衬底内的碳双间隙缺陷，它们是在SiC/SiO2结构的流动性差的主要原因。
2010-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Transport in SiC with Intrinsic Defects and Mg Transmutation Products
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Jilin University（吉林大学）；Hiram College（海拉姆学院）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
开发机器学习势MLIP4SiC-Mg，结合Green-Kubo分子动力学和力误差校正，定量计算含缺陷3C-SiC的热导率，揭示Mg相关缺陷对声子输运的构型依赖散射机制。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the growth interface shape on the defect characteristics in the facet region of 4H-SiC single crystals
采用物理气相输运（PVT）技术，采用不同的绝缘材料生长了两个75 mm的4 H-SiC单晶。较高导热系数的绝热材料导致径向温度梯度增大。使用原位计算机断层成像（CT）监测生长前沿的演变。在较低的径向温度梯度下，生长界面会略微弯曲，形成较大的晶面，而在较大的径向温度梯度下，则形成较小的晶面和较陡的晶体侧面。微管偏转横向陡峭的晶体侧翼上的大表面台阶和减少60%的线程边缘位错揭示了KOH缺陷蚀刻。
2019-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical calculations of the primary defects induced by pions and protons in SiC
在目前的工作中，散装降解的SiC在强子（π介子和质子）领域，在100 MeV和10 GeV之间的能量范围内，其特征在于理论上通过每单位注量的初级缺陷的浓度。结果进行了比较，相应的金刚石，硅和GaAs的类似的。
2002-03-28 cond-mat.mtrl-sci hep-ex physics.ins-det
Defect-induced magnetism in SiC: Interplay between ferromagnetism and paramagnetism
缺陷感生铁磁性引发了大量的研究和争议。主要的问题是，感应铁磁信号是如此之弱，它可以充分占痕量污染。为了解决这一问题，我们研究了SiC的磁性能的变化后，中子辐照通量覆盖四个数量级。一个大的顺磁分量已被诱导和规模与缺陷浓度，这可以很好地解释了非耦合双空位。然而，铁磁贡献仍然很弱，并且仅出现在中子的低注量范围内或退火处理后。第一性原理计算暗示了缺陷浓度的相互排斥作用：缺陷以磁相互作用为代价有利于自旋极化。结合实验和第一性原理计算结果，缺陷诱导的铁磁性可以理解为一个局部效应，不能按比例放大的体积。因此，我们的调查回答了长期存在的问题，为什么缺陷引起的铁磁信号很弱。
2015-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of small defect clusters in ion-irradiated 3C-SiC: combined cluster dynamics modeling and experimental study
利用先进的扫描透射电子显微镜（STEM）和透射电子显微镜（TEM）研究了1 MeV氪辐照3C-SiC中的黑点缺陷和小团簇的分布。我们发现，在STEM中识别的小于1 nm的簇中有三分之二在TEM图像中不可见。对于大于1 nm的团簇，STEM和TEM结果非常匹配。已经开发了一个团簇动力学模型，揭示SiC的过程，有助于演变的缺陷团簇和验证（S）TEM结果。模拟表明，基于点缺陷（PD）生成、反应、聚类和聚类解离的既定属性的模型无法预测与STEM观察一致的黑点缺陷分布。这种失败表明，不包括在一个简单的点缺陷图片的额外的现象可能有助于辐射诱导的SiC中的缺陷簇的演变，并使用我们的模型，我们已经确定了一些这些额外的现象对簇的演变的影响。使用这些额外的现象，它是可能的，以适应参数在物理合理的范围内，产生模拟和实验测量的集群分布预测之间的协议。
2017-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Optimal spin-qubit hallmarks of sulfur-vacancy defects in 4H-SiC: Design from first principles
Tuskegee University（塔斯基吉大学）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）
本文通过第一性原理计算设计了一种4H-SiC中的缺陷，该缺陷结合Si空位和S取代的C原子，具有自旋三重态基态和自旋量子比特功能，证明其在自旋量子比特极化循环中的稳定性及光学控制潜力。
2026-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Sensitivity of Multislice Electron Ptychography to Point Defects: A Case Study in SiC
该研究以 SiC 为例，通过多层电子散射模拟与叠层成像重建，评估多层电子叠层成像对不同深度点缺陷的定位、识别能力及显微参数影响。
2025-05-13 cond-mat.mtrl-sci
High purity semi-insulating 4H-SiC epitaxial layers by Defect-Competition Epitaxy
在Si面4 H-SiC上，通过保持较高的C/Si比（1.3-15），系统地生长了厚的、高纯度的半绝缘（SI）同质外延层，其电阻率为\geq 109Ω·cm，C/Si比<1.3时生长的低掺杂外延层与C/Si比>1.3时生长的SI外延层的二次离子质谱比较表明，二者的残留杂质浓度差别不大。杂质浓度与测量电阻率的调和表明，补偿陷阱浓度约为1015 cm-3，只存在于硅外延层。高分辨率光诱导瞬态谱（HRPITS）鉴定为Si空位相关的深中心，没有检测到EH 6/7和Z 1/2能级。寿命约为5 ns，建议在快速开关功率器件中应用。
2011-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Positron annihilation lifetime and Doppler broadening spectral calculations of oxygen-doped 3C-SiC
School of Nuclear Science and Technology, University of South China（南华大学核科学技术学院）；School of Computer, University of South China（南华大学计算机学院）
本研究利用DFT计算氧掺杂3C-SiC中缺陷的正电子湮灭寿命和多普勒展宽光谱，揭示了不同缺陷的电荷状态对湮灭特性的影响，并展示了PAS在区分缺陷类型中的应用。
2026-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Modeling of long-term defect evolution in heavy-ion irradiated 3C-SiC: Mechanism for thermal annealing and influences of spatial correlation
基于ab-inito理论和实验数据，结合分子动力学（MD）和动力学蒙特卡罗（KMC）模拟，建立了一个多尺度模拟框架，研究了重离子辐照立方碳化硅材料位移损伤的长期演化规律.模拟了重离子辐照后的等时退火过程，发现总电子的退火行为与前人的实验一致。600 K以下的两个退火阶段和900 K以上的一个阶段被确定。这些恢复阶段的机制被解释的缺陷的演变。研究了初始损伤中的空间相关性对缺陷恢复的影响，发现当损伤剂量足够高时，空间相关性对缺陷恢复的影响并不显著，这说明了平均场近似方法对重离子在SiC中损伤的长期演化的适用性。
2015-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Isolated spin qubits in SiC with a high-fidelity infrared spin-to-photon interface
SiC中的双空位是一系列顺磁缺陷，由于其长寿命的电子自旋相干性和在近电信波长下的光学可寻址性，这些顺磁缺陷显示出量子通信技术的前景。然而，高保真自旋到光子转换的机制，这是这种技术的一个关键先决条件，尚未得到证明。在这里，我们展示了高保真的自旋光子界面在孤立的双空位在外延薄膜的3C-SiC和4 H-SiC。我们的数据表明，4 H-SiC中的双空位具有最小的不期望的自旋混合，并且我们当前样品中的光学线宽已经与最近在其他系统中的远程纠缠演示相似。此外，我们发现3C-SiC双空位具有毫秒级的哈恩回波自旋相干时间，这是天然同位素固体中测得的最长时间之一。具有这些性质的缺陷存在于可以异质外延生长为薄膜的商业半导体中，显示了基于SiC缺陷的未来量子网络的前景。
2017-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Conversion pathways of primary defects by annealing in proton-irradiated n-type 4H-SiC
利用深能级瞬态谱和光致发光谱研究了n型4 H-SiC在质子辐照和退火后的缺陷布居的发展。提出了一个全面的模型来描述在低于1000°C的退火过程中辐照诱导的点缺陷的演化和相互转换。该模型提出的EH 4和EH 5陷阱经常发现DLTS起源于（+/0）属于不同配置的碳反位碳空位（CAV）复合物的电荷跃迁水平。此外，我们表明，硅空位（VSi）和CAV之间的转换通道被有效地阻止在n型条件下，但变得可用在样品中的费米能级已移动到带隙的中心，由于辐射诱导的施主补偿。在高达400°C的温度下，VSi和碳空位（VC）的退火被示出为由与残余自激体的复合主导。到更高的温度，CAV对密度的衰减的报告，这是密切相关的VC浓度的重新增加。对这个过程的一个可以想象的解释是CAV对分解成单独的碳反型体和VC缺陷。最后，所提出的数据支持的索赔，即在辐照SiC中的自由载流子的去除是由于引入补偿缺陷，而不是钝化的浅氮施主。
2020-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Strain modulation of Si vacancy emission from SiC micro- and nanoparticles
半导体中的单光子发射点缺陷已经成为未来量子技术器件的强有力候选者。在目前的工作中，我们利用晶体颗粒来研究相关的缺陷定位，发射位移和波导。具体而言，从6 H-SiC微米和纳米粒子的发射范围从100 nm到5 $μ$米的大小收集使用阴极发光（CL），我们监测信号归因于Si空位（V $_{\textrm{Si}}$）作为其位置的函数。发射波长的明显变化被发现定位在颗粒中心和边缘的发射器。通过比较空间CL图与在透射电子显微镜中进行的应变分析，我们将发射位移归因于沿颗粒a方向的2-3%的压缩应变。因此，在SiC纳米颗粒内嵌入V $_{\textrm{Si}}$量子位缺陷提供了一个有趣的和通用的机会来调节单光子发射能量，同时通过自组装的SiC纳米颗粒基质确保易于寻址。
2020-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Defect-induced magnetism in SiC probed by nuclear magnetic resonance
我们通过$^{13}$ C和$^{29}$ Si核磁共振（NMR）谱给出了SiC中缺陷诱导体顺磁性的证据。的内部偶极场分布的温度依赖性，探测的NMR奈特位移和光谱线宽的自旋部分，遵循居里定律和尺度非常好的宏观直流磁化率。为了定量分析NMR谱，基于偶极-偶极相互作用的微观模型的发展。这些模拟和NMR数据之间的非常好的协议建立了一个直接的关系之间的频谱强度的频率分布和相应的核自旋的实空间体积。所提出的方法可以应用于各种类似的材料，因此，打开了一个新的途径，在半导体中的稀释体磁性的微观探索和开发。
2017-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Benchmarking and advancing machine-learning interatomic potentials for 3C-SiC across equilibrium and extreme conditions
Aalto University（阿尔托大学）；Queen's University（女王大学）
针对3C-SiC经验势的不足，提出基于两体和turboSOAP描述符的机器学习势TGAP，涵盖多相及21种缺陷，准确预测熔点、液相结构及碰撞级联，用于辐射损伤模拟。
2026-11-04 cond-mat.mtrl-sci
The Chlorine Vacancy in 4H-SiC: An NV-like Defect With Telecom Emission
通过对4H-SiC中52600个缺陷进行高通量筛选，发现类NV缺陷氯空位（ClV）中心，第一性原理计算证实其电子结构与自旋性质与金刚石NV中心相似，且具有C波段附近电信波段发射，有望用于量子通信。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Exceptionally strong phonon scattering by B substitution in cubic SiC
我们使用从头计算来预测立方SiC的热导率与不同类型的缺陷。结果表明，B $_\mathrm{C}$取代对3C-SiC中的缺陷（包括空位）有更强的影响。这一发现与杂质散射的经典质量差模型的预测相矛盾，根据该模型，B $_\mathrm{C}$和N $_\mathrm{C}$的影响将是相似的，并且比C空位的影响小得多。B $_\mathrm{C}$缺陷的显著不同的行为产生于由B杂质周围的结构对称性破缺引起的共振声子散射的独特图案。
2017-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Assessing the potential of perfect screw dislocations in SiC for solid-state quantum technologies
本文通过第一性原理计算发现3C-SiC中螺位错可吸引双空位形成一维阵列，并调制其电子态和电荷转变能级，从而将位错从有害缺陷转变为量子计算中的主动构建模块。
2023-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Demonstration of the ODMR activity of the telecom range ClV center in SiC: a wavefunction theory analysis
Linköping University（林雪平大学）
本文通过波函数理论分析，揭示了4H-SiC中ClV中心作为光学可寻址自旋量子比特的潜力，为开发大规模量子网络提供了可能。
2025-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Formation of carbon interstitial-related defect levels by thermal injection of carbon into $n$-type 4$H$-SiC
4 $H$中点缺陷的电学性质已被广泛研究，但与碳材料（C $_{i}$）相关的电学性质至今仍令人惊讶地难以捉摸。实际上，当通过离子辐照或注入引入时，通过深能级瞬态谱（DLTS）观察到的与C $_{i}$相关的特征倾向于与其他主要缺陷的特征重叠，使得难以直接识别C $_{i}$相关的能级。最近的文献已经建议分配所谓的M中心，经常发现在辐照4 H-SiC，在不同的配置中的C $_{i}$缺陷的电荷状态转换。在本工作中，我们采用热退火的方法在150 μm厚的低掺杂n型4 $H$ -SiC外延层中引入过量的碳，并在样品表面上热解碳帽作为碳源。由于该层最初表现出低浓度的碳空位（[V $_{C}$ ] = 10 $^{11}$ cm $^{-3}$），这使我们能够研究完全V $_{C}$湮灭的情况，以及由于过量碳而形成的缺陷，即碳空位C $_{i}$及其高阶复合物。我们报告了C注射后出现的几个新水平，可能与C $_{i}$相关。它们的性质与M中心的性质不同，这表明检测到的水平具有不同的结构特征。这表明存在多种C $_{i}$相关缺陷。该研究还将有助于对碳注入过程中V $_{C}$湮灭的微观过程产生新的见解。
2021-11-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Origin and nature of killer defects in 3C-SiC for power electronic applications by a multiscale atomistic approach
在Si上外延生长的3C-SiC显示出大量的扩展缺陷。特别是，单，双和三重堆垛层错（SF）在几个实验中观察到共存。尽管3C-SiC/Si具有理想的性能（主要是宽禁带、高击穿电场和热性能）以及直接集成到Si技术中的可能性，但迄今为止，过多的缺陷限制了3C-SiC/Si在电力电子领域的开发。在这里，我们使用多尺度的方法，基于经典的分子动力学（MD）模拟和第一性原理计算，深入研究最常见的3C-SiC/Si（001）扩展缺陷的起源，性质和性能。我们的MD模拟揭示了一个自然的路径形成的部分位错复合物终止双和三重SF的。MD结果被用作高级DFT计算的输入，使我们能够更好地确定核心结构，并调查电子性质。事实证明，部分位错复合物终止双和三重SF负责引入电子状态显着填充的差距。另一方面，个别部分位错终止单SF只诱导状态非常接近的间隙边缘。我们得出结论，部分位错复合体，特别是最丰富的三重，有利于漏电流方面的杀手缺陷。来自理论/模拟设计的策略，以降低其发生的建议进行了讨论。
2020-02-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effects of Defects on Thermal Transport across Solid/Solid Heterogeneous Interfaces
本文结合第一性原理与蒙特卡洛模拟，系统研究了缺陷浓度和位置对 Si/SiC、GaN/SiC、Si/Diamond、GaN/Diamond 四种异质界面热输运的影响，揭示了缺陷诱导声子能量重新分布导致 GaN/SiC 界面 ITC 异常增强的机制，为高界面热导异质结构设计提供指导。
2025-08-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theoretical Study of Magnetic Moments Induced by Defects at the SiC (110) Surface
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算和SIESTA程序，研究了不同表面缺陷对立方$β$ -SiC（110）表面原子和电子结构的影响.在计算中，允许每个原子有不同自旋布居的可能性。我们发现，虽然C表面碳原子吸附氧或氮以及吸附氢不会在SiC（110）上产生磁矩;但Si空位、Si位点的替代C以及硅表面位点吸附的H或F会在靠近缺陷的碳原子处产生高达0.7 $μ_{B}$的局部磁矩。局域磁矩排列从H吸附时的铁磁变为Si空位和替位C时的反铁磁。H吸附在Si表面原子的情况下进行了详细讨论。结果表明，磁性主要是由于C价轨道的局域性。
2010-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Molecular dynamics simulation study of mechanical properties of 3C-SiC with extended defects
V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院 V. 拉什卡拉里夫半导体物理研究所）；Educational Scientific Institute of High Technologies, Taras Shevchenko National University of Kyiv（基辅塔拉斯舍甫琴科国立大学高等技术教育科学研究所）；National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”（乌克兰国立技术大学“伊戈尔·西科尔斯基基辅理工学院”）
本研究利用Vashishta势和ABOP势进行大尺度分子动力学模拟，探讨扩展缺陷对3C-SiC弹性能的影响，量化不同缺陷浓度下C11、C12和C44常数的变化，并计算不同缺陷类型和浓度下的有效体积模量、剪切模量和杨氏模量。
2026-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Combining unsupervised and supervised learning in microscopy enables defect analysis of a full 4H-SiC wafer
Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心）；Friedrich-Alexander University Erlangen-Nuremberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本文结合无监督与监督学习及数据挖掘技术，构建自动化图像分析流程，用于从约4万张图像拼接的KOH腐蚀4H-SiC晶圆显微图中提取全部缺陷的类型与位置。
2024-02-20 cond-mat.mtrl-sci cs.CV cs.LG
Terahertz electron paramagnetic resonance generalized spectroscopic ellipsometry: The magnetic response of the nitrogen defect in 4H-SiC
我们报告了太赫兹（THz）电子顺磁共振广义椭圆偏振光谱法（THz-EPR-GSE）。作为一个例子，测量的磁场和频率的依赖性的磁响应，由于与氮缺陷的自旋跃迁在4H-SiC。THz-EPR-GSE不需要腔，允许独立地扫描场和频率参数，并且不需要场或频率调制。我们研究了六方（$h$）和立方（$k$）配位氮的自旋跃迁，包括与其核自旋（I = 1）的耦合，我们提出了一个模型方法的磁化率来解释自旋跃迁。从THz-EPR-GSE测量中，我们可以完全确定自旋跃迁的极化性质，并利用磁场和频率相关的洛伦兹振子线形函数，得到了$g$和超精细分裂参数。我们提出频率扫描THz-EPR-GSE作为一种新的和通用的方法来研究在固态材料中的自旋的性质。
2022-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Study of Defect Evolution Mechanisms in 3C-SiC for Quantum Technologies
通过分子动力学模拟研究3C-SiC中点缺陷迁移和自旋缺陷形成，利用NEB计算迁移势垒，并比较均方位移和跳跃频率方法评估扩散率，揭示了空位和间隙原子的迁移率层次及其对自旋活性缺陷中心稳定性的影响。
2026-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Intrinsic origin of electron scattering at 4H-SiC(0001)/SiO$_2$
我们介绍了第一性原理研究，以澄清在SiC/SiO $_2$的载流子散射特性。有趣的是，在导带边缘的电子输运是显着的氧的引入的影响，即使没有电活性缺陷。大散射的起源是由内部空间态（ISS）的行为来解释的。此外，ISS的影响大于与电活性炭相关的缺陷的影响。该结果表明，在SiC/SiO $_2$处发生在常规Si/SiO $_2$中未考虑的附加散射。
2016-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Ultralong-term high-density data storage with atomic defects in SiC
针对数据存储容量不足问题，提出利用碳化硅中原子级缺陷实现超长期高密度数据归档，通过离子束写入和发光读取，并结合多层与电子束技术突破光衍射限制。
2023-10-28 cond-mat.mtrl-sci
