Is There a Stable Bucky-diamond Structure for SiC Clusters?
我们对SiC巴基金刚石结构进行了广泛的研究，不仅证实了一对Si和C原子可以形成sp2和sp3型键，而且这两种类型的键可以共存于同一SiC基结构中。在n=68和m=79的特定组成下成功且令人惊讶地发现SinCm巴基金刚石结构是截断的块体3C-SiC网络弛豫以产生m +n=147的SinCm簇的结果。它强调了组成在决定SiC基纳米结构的结构和其他性能方面所起的重要作用。我们还阐明了形成巴基钻石结构背后的机制。通过截断体相3C-SiC网络得到的Si_（68）C_（79）团簇的初始构型的表面碳原子对之间的诱导键引发了该形成过程。然后，这种作用通过最近邻的Si-C相互作用将Si 68 C79团簇的六个外壳中的原子连续地并入以形成112个原子的富勒烯壳。由于具有五个完全填充的壳层的35个原子内核仅通过其“表面”上的六个原子与富勒烯壳层发生微弱的相互作用，因此类金刚石内核几乎没有受到扰动，而是悬浮在富勒烯壳层内部。根据模拟结果，我们还提出了合成SiC巴基-金刚石结构的可能途径。
2011-08-24 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
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
Deep learning inter-atomic potential for irradiation damage in 3C-SiC
本文提出一种结合深度学习框架与平滑ZBL屏蔽核排斥势插值的原子间势，用于3C-SiC辐照损伤分子动力学模拟，在缺陷形成能和阈位移能等关键性质上比传统解析势更接近DFT结果，解决了经验势不一致的难题。
2023-05-31 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
An atomic force microscopy and optical microscopy study of various shaped void formation and reduction in 3C-SiC films grown on Si using chemical vapor deposition
用光学显微镜和原子力显微镜研究了Si衬底上外延3C-SiC薄膜中各种形状不规则的空洞以及规则的三角形和正方形空洞的形成。在电阻加热化学气相沉积反应器中，用六甲基二硅烷在Si（001）和（111）衬底上异质外延生长了3C-SiC薄膜。已清楚地观察到的Si衬底的取向在确定的空隙的形状的影响。此外，生长周期和生长温度被认为是控制空洞尺寸、密度和形状的主要参数。通常，空隙沿{111}面刻面，但取决于生长条件，也观察到具有较高表面能的其它刻面。最后，通过适当的生长技术，空隙的尺寸和密度显著减小。
2019-06-04 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
Bonding Nature, Structural Optimization, and Energetics studies of SiC Graphitic-Like layer Structures and Single/Double Walled Nanotubes
SiC类石墨结构的结构优化和能量学研究已在理论上研究的背景下形成稳定的类石墨层结构，单壁和多壁纳米管使用基于DFT的维也纳ab-inito模拟包。原子的成键性质的优化结构已被检查使用本地分析技术的基础上自洽和环境依赖的半经验哈密顿量。我们的研究结果表明，稳定的SiC类石墨层结构具有sp2键的性质，从sp3键的性质在块状SiC不同。Si和C原子之间的键合构型的这种灵活性保持了宽范围的稳定SiC基结构的可能性，类似于碳基结构的那些。在SiC基纳米管的情况下，我们已经计算了诸如应变能、圆柱壳中的屈曲度以及Si和C原子之间的键电荷等量，以获得对优化结构的理解。SiC类石墨多层片的最佳层间距已被发现取决于SiC类石墨结构的不同层中的原子的排序（双层排列的Si-C序列为0.37 nm，双层排列的Si-Si或C-C序列为0.48 nm）。这些观察结果可能归因于电荷在Si和C原子之间重新分布引起的库仑相互作用。另一方面，在SiC双壁纳米管中存在两个不同范围的层间间距（锯齿形为0.38 nm，扶手椅形为0.48 nm），这与主要的层间邻居是Si-C型还是Si-Si和C-C型有关。
2009-01-22 cond-mat.mtrl-sci
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
Atomic and electronic structure of monolayer graphene on 6H-SiC(000-1)(3 x 3) : a scanning tunneling microscopy study
本文利用扫描隧道显微镜（STM）和光谱学（STS）研究了6 H-SiC（000-1）（3x 3）（SiC（3x 3））表面重构的石墨烯单层岛的原子和电子结构。石墨烯晶格的取向从一个岛到另一个岛发生变化。在STM图像中，这种旋转无序产生了周期在nm范围内的各种超晶格。我们发现这些超晶格是莫尔图案（MP），我们将它们的表观高度与石墨烯/SiC（3x 3）界面处的堆叠相关联。STM图像中MP的对比度对应于石墨烯层的小地形调制。从STS测量中，我们发现，衬底表面呈现出1，5 eV的宽带隙，包括费米能级。该衬底表面带隙存在于石墨烯平面下方。隧道光谱在衬底表面间隙内的岛上是空间均匀的，这表明MP不影响石墨烯的低能电子结构。我们的结论是，SiC（3 × 3）重建有效地钝化了衬底表面，并且在其上生长的石墨烯层的性质应该与理想材料的性质相似。
2009-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic mechanisms of initial formation process of graphene on SiC(0001) surfaces
我们报道了基于密度泛函理论的总能量计算，阐明了SiC（0001）表面上石墨烯形成初期的微观机制。我们探索有利的反应，无论是Si或C原子从台阶表面的解吸，确定解吸和随后的迁移路径，并计算相应的能量势垒的第一次。我们发现，在步骤的边缘和随后的迁移稳定的平台网站的Si原子的解吸的能量势垒低于0.75 eV的C原子，表明Si从SiC表面的选择性解吸。我们还发现，随后的Si脱附是一个放热反应。这种不对称性来自于由于C原子在台阶边缘附近形成键而产生的能量增益。这当然是石墨烯薄片的种子。
2016-11-18 cond-mat.mtrl-sci
The (3$\times$3)-SiC-($\bar{1}\bar{1}\bar{1}$) Reconstruction: Atomic Structure of the Graphene Precursor Surface from a Large-Scale First-Principles Structure Search
碳化硅（SiC）是用于大规模、高质量外延石墨烯的生长和操作的优良衬底。在碳面（（$\bar{1}\bar{1}\bar{1}$）或$(000\bar{1}$）面，取决于多型体）上，石墨烯生长的开始与几种竞争表面相的形成交织在一起，其中（3 $\times$ 3）前体相被怀疑阻碍石墨烯的受控、近平衡生长的开始。尽管经过了二十多年的研究，这个阶段的精确原子结构仍然不清楚。基于包含范德华效应的密度泛函理论，从{ \it ab initio}随机结构搜索出发，提出了（3 $\times$ 3）-SiC-（$\bar{1}\bar{1}\bar{1}$）重构的新模型.该结构由一个简单的图案的五个硅吸附原子在桥接和顶部的位置上的底层，C-终止的衬底层，留下一个C原子每（3 $\times$ 3）单电池形式上不饱和。模拟的扫描隧道显微镜（STM）的图像与先前报道的实验STM图像非常一致。
2019-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Structure of Superconducting Ca-intercalated Bilayer Graphene/SiC studied using Total-Reflection High-Energy Positron Diffraction
利用全反射高能正电子衍射技术研究了SiC（0001）衬底上超导钙插层双层石墨烯的原子结构。通过将实验摇摆曲线与使用全动力学理论计算的各种结构模型的摇摆曲线进行比较，我们发现Ca原子插入石墨烯缓冲层间，而不是两个石墨烯层之间。从输运测量，超导转变被观察到在Tc_onset = 4K的这种结构。这项研究是第一个明确确定的原子排列和超导电性之间的关系，在钙插层双层石墨烯。
2019-10-23 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
Path-integral molecular dynamics simulation of 3C-SiC
采用分子动力学模拟研究了3C-SiC在压力和温度作用下的力学行为。这些模拟处理电子和原子核的量子力学方法。当固体的电子结构由一个有效的紧束缚哈密顿量描述时，核动力学由统计力学的路径积分公式处理。为了评估核量子效应的相关性，将量子模拟的结果与其中Si核、C核或两个原子核都被视为经典粒子的其他结果进行比较。我们发现，实验热膨胀的3C-SiC的真实再现我们的模拟。计算得到的3C-SiC的体积弹性模量及其压力导数在室温下也显示出良好的协议与现有的实验数据。电子-声子相互作用对3C-SiC的直接电子能隙的影响已被计算为温度的函数，并与大块金刚石和Si的结果有关。比较现有的实验数据显示令人满意的协议，虽然我们观察到，所采用的紧束缚模型往往高估的大小的电子-声子相互作用。研究了将原子核作为经典粒子处理对3C-SiC直接带隙的影响。我们发现，与原子质量相关的非线性量子效应在低于250 K的温度下特别相关。
2008-04-22 cond-mat.mtrl-sci
How the SiC substrate impacts graphene atomic and electronic structures
石墨烯是碳的二维形式，具有出色的电子和传输特性。这为纳米电子学应用的发展带来了希望。然而，为了工业目的，石墨烯必须由衬底支撑。我们在这里专注于石墨烯上SiC系统，讨论SiC衬底如何与石墨烯层相互作用，并显示界面对石墨烯原子和电子结构的影响。
2009-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of Elastic Phonon Couplings in Dictating the Thermal Transport across Atomically Sharp SiC/Si Interfaces
本文通过非平衡分子动力学模拟和扩散失配模型，系统研究了3C-SiC/Si、4H-SiC/Si和6H-SiC/Si界面的热输运，揭示了弹性声子耦合在界面热导中的主导作用及其温度依赖性。
2024-01-17 cond-mat.mtrl-sci
2D graphitic-like gallium nitride and structural selectivity in confinement at graphene/SiC interface
预测性第一性原理计算表明，类石墨GAN在理论上是可能的。到目前为止，还没有实验报告。我们报告的GAN单层在一个屈曲的几何结构中获得的限制在石墨烯/SiC界面的金属有机化学气相沉积（MOCVD）。导电原子力显微镜（C-AFM）已被用来探测通过石墨烯/SiC界面的垂直电流注入，并建立插层区域的均匀性。扫描透射电子显微镜（S/TEM）已被用于原子分辨率成像和光谱学。石墨状GAN单层的预期堆叠顺序中的不连续性已经被暴露，并被认为是同时形成Ga-N和Ga-O键的情况。Ga-O键的形成在激发原子尺度的限制中的化学物种特异性结构选择性方面具有重要意义。
2022-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Carbon rehybridization at the graphene/SiC(0001) interface: Effect on stability and atomic-scale corrugation
我们解决的能量稳定性的石墨烯/SiC（0001）界面和相关的绑定机制，通过研究一系列的低应变相称的界面结构内的密度泛函计划。在应变可忽略的结构中，6 \surd 3 \times 6 \surd 3 R30° SiC周期性显示出最低的界面能，为其频繁的实验观察提供了理论基础。界面的稳定性是由增强的局部反应性的衬底键合的石墨烯原子经历sp2-到-sp3再杂化（重杂化）。通过这种机制，更高稳定性的松弛结构在原子尺度上表现出更明显的石墨烯波纹。
2012-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modeling the series of (n x 2) Si-rich reconstructions of beta-SiC(001): a prospective atomic wire?
我们对β-SiC（001）表面的（3 × 2）重构的三个候选模型进行了从头计算平面波超原胞密度泛函计算。我们发现，两个吸附层的不对称二聚体模型（TAADM）是明确的有利于所有合理的硅化学势值。然后，我们使用来自TAADM母体的结构来模拟当（3 x 2）重建退火（（n x 2）系列重建）时观察到的硅线，使用紧束缚方法。我们发现，当我们增加n，所以分离线，发生结构转变，其中线的顶部加法器的。我们还发现，与线的分离是一个大的HOMO-LUMO间隙的减少，HOMO状态成为准一维。这些性质在质量和数量上与原始（3 x 2）重建的电子性质不同。
2000-09-20 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
An Unexpected Role of H During SiC Corrosion in Water
在水腐蚀过程中，固体中的原子与氧发生化学反应，导致氧化膜的形成或基质材料的溶解。通常，腐蚀的第一步涉及来自解离水的氧原子，其与表面原子反应并破坏近表面键。相反，表面上的氢通常用作钝化物质。在这里，我们发现，O和H的作用是颠倒的Si终止的SiC表面上的早期腐蚀阶段。O在表面上形成稳定的物种，并且通过破坏Si-C键的H发生化学侵蚀。这种所谓的氢断裂反应是通过新发现的亚稳态桥接羟基实现的，该羟基可以在水解离过程中形成。在水侵蚀期间从表面置换的Si原子随后形成H2SiO 3，其是形成二氧化硅和草酸的已知前体。这项研究表明，H和O在氧化中的作用需要重新考虑。
2021-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Optical properties and Mechanical properties of C, Si, Ge and 3C-SiC Materials Calculated from First Principles Theory
基于密度泛函理论（DFT）和Heyd，Scuseria和Ernzerhof（HSE）的第一性原理计算采用PBE近似--一种新的广义梯度近似（GGA）。研究了材料的晶格参数、电子结构、光学性质和力学性质，包括Si、Ge、3C-SiC的金刚石-C和锌-C结构。HSE计算结果明显优于DFT计算结果，且与已有的实验值吻合较好。从能带结构和态密度图表明它们是间接带隙材料。用HSE方法计算出的带隙除Ge外与已有的实验值符合较好。在光学性质的计算中，从介电函数的虚部到折射率和吸附系数，都与已有的实验值相符合。结果表明，介电函数虚部峰值与折射率、吸附系数之间存在对应关系。晶体的光学性质与晶体带隙和电子态密度的分布有着直接的关系。从力学性能的结果可以知道，它们是脆性材料。3C-SiC作为优良的半导体材料，其硬度和刚度虽低于金刚石，但优于Si、Ge等材料。此外，四种材料的力学各向异性不明显，金刚石-C的各向异性是非常不明显的杨氏模量的各向异性特性。
2013-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-mediated CVD epitaxy of Graphene on SiC: growth mechanism and atomic configuration
尽管大量文献集中于通过化学气相沉积（CVD）在6 H-SiC（0001）上生长石墨烯（Gr），但一些重要问题尚未解决，并且Gr的全晶片规模外延仍然具有挑战性，阻碍了微电子学中的应用。通过这项研究，我们阐明了产生两种不同类型的Gr域共存的通用机制，其比例可以通过调节H2流速来仔细控制。对于第一次，我们表明，Gr的生长使用CVD下H2/Ar流量进行两个阶段。首先，氢上的独立外延石墨烯（H-Gr）的成核发生，然后H原子最终从台阶边缘或缺陷解吸。当H2流量低于临界值时，这导致在6 H-SiC（0001）上形成（6 × 6）Gr畴。H-解吸的前沿与H2的还原成比例地进行。使用一个强大的和通用的X射线光电子能谱学（XPS）分析，我们现实地量化的H-Gr和（6 × 6）Gr域的Gr膜在任何实验条件下合成的比例。扫描隧道显微镜支持XPS测量。从这些结果我们可以推断，H-辅助CVD生长Gr这里开发的是一个独特的方法来生长完全独立的H-Gr相反的方法，包括H-嵌入下面的外延Gr的缓冲层。这些结果是至关重要的Gr/SiC（0001）在纳米电子学中的未来应用，提供了基础的使用Gr作为范德瓦尔斯同质和异质外延的最佳模板层。
2021-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Structural and electronic properties of Li intercalated graphene on SiC(0001)
利用角度分辨光电子能谱和第一性原理密度泛函理论研究了Li嵌入SiC（0001）单层石墨烯的结构和电子性质. Li在室温下在缓冲层和SiC之间的界面处以及两个碳层之间嵌入。由于来自Li原子的电荷转移，石墨烯是强$n$掺杂的，并且在$\bar{K}$ -点处可见两个$n$-带.在将样品加热到300 $^\circ$ C之后，这些$π$ -带变得尖锐并且具有与Bernal堆叠的双层石墨烯的分散明显不同的分散。我们认为，锂原子插入两个碳层之间的有序结构，类似于散装LiC $_6$。这两个层的AA堆叠在能量上变得有利。$\bar{K}$ -点周围的$π$ -带与计算的C $_6$ LiC $_6$体系的能带结构非常相似，其中插入的Li原子在石墨烯电子结构上施加超电势，从而在两个$π$ -锥的狄拉克点处打开伪能隙.
2016-02-26 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
Mechanisms of initial oxidation of 4H-SiC (0001) and (000$\bar{1}$) surfaces unraveled by first-principles calculations
我们利用密度泛函理论对4 H-SiC中Si面和C面氧化的初始阶段进行了电子态计算。我们研究了每个Si和C原子的网站是如何在C和Si面氧化，并探讨最可能的反应途径，相应的能量势垒，以及氧化过程中可能产生的缺陷。我们发现，Si面和C面上的碳湮灭过程不同，这种不同导致了不同的界面缺陷：在C面情况下，（1）碳原子作为CO分子直接从衬底上解离。(2)CO解离后，在界面处观察到3重配位氧原子（称为Y-lid）。(3)，高密度的C-悬挂键可以保留在界面处。在Si面的情况下，（1），C原子不可避免地在界面形成碳纳米簇（由几个原子组成），以减少那里的悬挂键的数量。此外，我们还发现碳纳米团簇不仅由单化学键组成，而且还由双化学键组成。(2)在分子动力学模拟中，我们观察到CO分子从碳纳米团簇中解离出来。此外，我们还研究了H $_2$和NO分子是否与本研究中发现的缺陷反应。
2016-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Role of structure of C-terminated 4H-SiC(000) surface in growth of graphene layers - transmission electron microscopy and density functional theory studies
采用显微镜方法研究了在4 H-SiC衬底的SiC（000）面上合成的石墨烯层的主要结构缺陷。高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）的结果揭示了它们的原子排列。这种缺陷的产生机制，直接关系到SiC衬底的底层晶体结构，阐明。揭示了4 H-SiC（000）表面形貌（包括单原子台阶、原子台阶序列和宏观台阶的存在）与相应的平面缺陷结构（碳层不连续和褶皱）之间的联系。它示出的多步岛的消失导致在石墨烯层中的皱纹的创建。密度泛函理论（DFT）计算结果表明，在接近1600°C的高温下，Si和碳原子都有可能在Si封端的SiC表面扩散。在Si封端的表面处形成缓冲层有效地阻止了水平扩散，防止了厚石墨烯层在该面上的生长。在碳终止的SiC表面处，不存在缓冲层，从而为硅和碳原子两者的有效水平扩散留下空间。DFT结果表明，过量的碳原子将最顶层的碳层转化为sp2键结构，在无势垒过程中释放出Si原子。硅原子通过在弯曲层缺陷处产生的通道逃逸，而碳原子被并入生长的石墨烯层中。这些结果解释了厚石墨烯在现有石墨烯覆盖层下的生长以及在C端SiC（0001）表面的主要缺陷的产生
2011-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Triangular Spin-Orbit-Coupled Lattice with Strong Coulomb Correlations: Sn Atoms on a SiC(0001) Substrate
二维原子晶格提供了库仑关联诱导竞争基态的模型设置，部分具有拓扑特征。Hiscononal SiC（0001）是一种有趣的宽禁带衬底，在光谱上与覆盖层分离，因此减少了屏蔽。我们报告的第一个研究的人工高Z原子晶格的SiC（0001）的Sn吸附原子，结合实验实现和理论建模。我们的$\sqrt{3}$结构模型的密度泛函理论密切再现了扫描隧道显微镜。光电发射数据显示深能隙态（~2 eV能隙），而不是金属行为。基于我们的计算，包括动态平均场论，我们认为，这反映了一个明显的莫特绝缘的情况。我们还发现，该系统是易受反铁磁超结构的迹象。SiC（0001）上的这种自旋-轨道耦合关联重原子晶格因此形成了一种新的物质特殊量子态的测试平台，具有自旋液体和拓扑莫特绝缘体的潜在轴承。
2015-01-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Intercalated structures formed by platinum on epitaxial graphene on SiC(0001)
本研究通过实验揭示了Pt在SiC(0001)上外延石墨烯中的插层机制，发现缓冲层区域促进插层，形成单层或双层Pt插层结构，并产生准自由站立石墨烯的电荷中性π带，为相关应用提供见解。
2025-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Vertical structure of Sb-intercalated quasifreestanding graphene on SiC(0001)
利用正入射X射线驻波技术和低能电子显微镜研究了在$\left(6\sqrt{3}\times6\sqrt{3}\right)R30^\circ$重构石墨化6 H-SiC（0001）表面嵌入锑得到的准独立单层石墨烯（QFMLG）的结构，也称为零层石墨烯。我们发现，Sb的嵌入使QFMLG从衬底上很好地分离。从QFMLG到Sb层的距离几乎等于C和Sb的预期范德华键合距离。Sb插层本身是单原子的，平坦的，并且位于更靠近衬底的位置，几乎是共价Sb-Si键长的距离。所有数据与位于SiC块体的最上面的Si原子的顶部上的Sb一致。
2022-09-19 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
Structure and energetics of carbon-related defects in SiC (0001)/SiO$_{\rm 2}$ systems revealed by first-principles calculations: Defects in SiC, SiO$_{\rm 2}$, and just at their interface
我们报告了第一性原理计算，揭示了SiC（0001）/SiO $_{\rm 2}$系统中碳相关缺陷的原子形式、稳定性和能级。我们阐明了取决于氧化环境的缺陷的稳定位置（SiC侧、SiO $_{\rm 2}$侧、或仅在SiC/SiO $_{\rm 2}$界面处）。在富氧条件下，SiC侧的二碳反位（（C $_{\rm 2}$）$_{\rm Si}$）对于$n$沟道MOSFET是稳定的和关键的，而界面处的二碳缺陷（Si-C-C-Si）在贫氧条件下变得关键。我们的研究结果表明，SiC在高温贫氧条件下的氧化有利于减少缺陷，与最近的实验报告一致。
2019-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Density functional theory study of quasi-free-standing graphene layer on 4H-SiC(0001) surface decoupled by hydrogen atoms
外延生长在SiC（0001）表面的石墨烯在实验和理论上都得到了广泛的研究。发现在这种结构中的第一外延石墨烯层是缓冲层，即在与其相关联的能带结构中不存在特征狄拉克锥。Riedl等人（Phys.Rev.Lett. 103，246804（2009））最近在他们的实验工作中观察到，SiC-石墨烯样品的氢嵌入可以恢复自立式石墨烯典型的电子性质。采用从头计算方法对石墨烯层脱耦过程中的氢渗透路径和氢原子的能量稳定位置进行了模拟。从所获得的结果可以得出，由于嵌入，石墨烯层移动离开以实现与SiC表面的约3.9 A的距离。电子能带结构，计算这种准独立的石墨烯，表现出Dirac-cone行为，这是在协议与ARPES测量。
2010-03-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Initial stages of the graphite-SiC(0001) interface formation studied by photoelectron spectroscopy
用ARPES、高分辨XPS和LEED研究了6 H-SiC（0001）表面的石墨化随退火温度的变化。对于石墨化的初始阶段-6 root 3重建的表面-我们观察到石墨sp2键合碳的特征的σ带。π带通过与衬底的相互作用而被修改。C1 s芯能级光谱表明，该层由两种不等价的碳原子组成。在TA=1250-1300摄氏度下，在6 root 3表面顶部形成的下一层石墨（石墨烯）具有未扰动的电子结构。在较高温度下的退火导致多层石墨膜的形成。结果表明，石墨与SiC（0001）表面之间的界面的原子排列实际上是相同的6 root 3重建层。
2006-09-15 cond-mat.mtrl-sci
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
Confinement Heteroepitaxy: Realizing Atomically Thin, Half-van der Waals Materials
三维外延异质结构是基于共价键合的界面，而那些从二维（2D）材料表现出范德华相互作用。然而，在适当的条件下，可以实现具有混合界面范德华力和共价键的材料结构。在外延石墨烯（EG）/碳化硅（SiC）界面处形成的原子薄层表明EG/SiC界面提供了这种独特的环境，并能够合成传统技术无法获得的丰富的2D材料。在这里，我们展示了一种方法，称为限制异质外延（CHet），实现空气稳定的，结构独特的，晶体2D-Ga，In和Sn在EG/SiC界面。第一插入层共价键合到SiC，并且伴随着以范德华相互作用结束的垂直键合梯度。这种结构打破了平面中心对称性，从而引入了3D材料的原子薄的、非中心对称的2D同素异形体，作为可调超导性、拓扑状态和等离子体性质的基础。
2019-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Growth of thin graphene layers on stacked SiC surface in ultra high vacuum
我们展示了一种在超高真空条件下在SiC的C面上制备薄石墨烯层的技术。一个堆栈的两个SiC衬底，包括一个半开放的腔在界面上被用来部分限制耗尽的Si原子从样品表面在生长过程中。我们观察到，这种配置显着减缓石墨烯的生长，以容易控制的速度在超高真空环境中的C面SiC。低能电子衍射和拉曼光谱的测量结果与堆叠配置生长的样品进行了比较，通过使用裸UHV升华工艺生长的样品。
2011-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Observation of multi Dirac fermion cloning induced by moiré potential in graphene-SiC heterostructure
我们用角分辨光电子能谱重新研究了SiC衬底上石墨烯的电子结构。我们直接观察到狄拉克锥的多重克隆，除了以前归因于重建。Dirac锥复制品的位置、相对距离和各向异性与石墨烯-SiC异质结构的莫尔条纹完全一致。我们的结果提供了一个简单的例子莫尔势调制的狄拉克费米子的工程电子结构。
2021-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Small scale rotational disorder observed in epitaxial graphene on SiC(0001)
在电子设备中使用石墨烯的兴趣激发了对这种非凡材料的研究爆炸。简单的线性狄拉克锥能带结构提供了一个独特的可能性，研究其更精细的细节，角分辨光电子能谱学（ARPES）。事实上，ARPES已经在金属衬底上生长的石墨烯上进行，但电子应用需要绝缘衬底。通过碳化硅（SiC）的热分解生长的外延石墨烯由于所产生的大规模、均匀的石墨烯层而为此是理想的候选者。SiC上外延石墨烯的实验光谱函数已经被广泛研究。然而，到目前为止，费米面的谱宽各向异性的原因尚未确定。在目前的工作中，我们表明，通过比较的光谱函数的半经验模型，各向异性是由于小规模的旋转无序（$\sim\pm$ 0.15 $^{\circ}$）的石墨烯在SiC（0001）样品上生长的石墨烯域。除了在理解石墨烯的电子结构方面的直接好处之外，这项工作还提出了一种解释相关ARPES数据中类似变化的机制。
2012-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen induced surface metallization of $β$-SiC(100)-($3\times 2$) revisited by DFT calculations
最近在硅封端的$3\times 2$ SiC（100）表面上的实验表明，在氢吸附时具有意想不到的金属特性。这种效应归因于氢与一排Si原子的键合以及相邻悬挂键排的稳定。在这里，密度泛函计算的基础上，我们表明，多层吸附的H在重建的表面是兼容的不同的几何形状：除了饱和的最上面的Si悬挂键，H原子被吸附在相当不寻常的网站，\textit{i.e.}稳定的桥位置以上的第三层Si二聚体。因此，结果表明，金属表面的电子结构的另一种解释
2005-02-09 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
Selective epitaxial growth of graphene on SiC
我们提出了一种创新的方法，选择性外延生长的几层石墨烯（FLG）上的预图案化的SiC衬底。该方法涉及，连续，溅射的AlN薄层上的单晶SiC衬底，然后，图案化它与电子束光刻（EBL）和湿法蚀刻。来自SiC衬底的Si的几个原子层的升华仅通过选择性蚀刻的AlN层发生。在无AlN区域中~1582 cm-1处的拉曼G带的存在被用来验证这一概念，它给出了选择性FLG生长的绝对证据。
2008-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study of Elastic Properties of SiC nanowires of Different Shapes
采用密度泛函理论和经典分子动力学研究了不同形状和有效尺寸的碳化硅纳米线的原子结构和弹性性质。表面松弛导致表面重建与分裂的线几何形状的六方（表面）和立方（体）相。有效杨氏模量和应变能的理论计算使我们能够解释不同类型的SiC纳米线的关键实验数据。
2009-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of near-interface traps in Al$_2$O$_3$/4H-SiC and Al$_2$O$_3$/SiO$_2$/4H-SiC structures
用原子层沉积法在n型4 H-SiC上生长了氧化铝（Al_2 O_3），研究了中间层二氧化硅（SiO_2）对生长的影响。通过电容电压和热介电弛豫电流的测量，研究了界面特性。而对于具有界面SiO2层的样品，最高的近界面陷阱密度被发现在导带边缘以下0.3 eV处，Ec，仅具有Al 2 O3电介质的样品表现出接近Ec的几乎无陷阱区域。对于Al 2 O3/SiC界面，最高陷阱密度出现在Ec以下0.4至0.6 eV之间。研究结果表明，以Al_2O_3为栅介质层的SiC基MOSFET在未来的高性能器件中具有广阔的应用前景。
2006-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-free Standing Epitaxial Graphene on SiC by Hydrogen Intercalation
通过氢插层在SiC（0001）上获得了准独立外延石墨烯。氢在6root3重构的初始碳层和SiC衬底之间移动。对于外延石墨烯，最上面的Si原子共价结合到该缓冲层，现在通过氢键饱和。缓冲层变成具有其典型线性π带的准自立式石墨烯单层。类似地，外延单层石墨烯变成去耦双层。这种嵌入在空气中是稳定的，并且可以通过退火到900摄氏度左右来逆转。
2009-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Mott- versus Slater-type Insulating Nature of Two-Dimensional Sn Atom Lattice on SiC(0001)
窄表面能带的半导体表面为寻找Mott绝缘态提供了独特的场所。最近，结合实验和理论研究[物理。114，247602（2015）]提出了由强原位库仑排斥U驱动的Mott型绝缘体。我们的系统的密度泛函理论（DFT）研究与本地，半本地，和混合交换相关泛函表明，锡悬挂键状态很大程度上与衬底Si 3 p和C 2 p状态杂交分裂成三个表面带由于晶体场。这种杂化通过超交换相互作用引起反铁磁有序的稳定。用混合密度泛函理论计算得到的带隙和态密度与光电子能谱数据吻合较好。我们的研究结果不仅表明Sn/SiC（0001）系统可以被表示为由长程磁性驱动的Slater型绝缘体，而且还暗示，考虑到超出现场相互作用的长程相互作用对于正确描述Sn/SiC（0001）的绝缘性质是重要的。
2016-01-15 cond-mat.mes-hall 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
Carbon Ejection from a SiO2/SiC(0001) Interface by Annealing in High-Purity Ar
我们发现，在干氧化SiO2/SiC（0001）界面处形成的碳相关副产物可以被分解，并通过高纯Ar退火带出到SiO2侧。我们通过二次离子质谱法评估了SiO2中喷出的碳原子的浓度，并发现它明显取决于氧化物形成的条件（干氧化、氮化处理和磷处理）。这项工作提供了一个间接的，但明确的证据，碳副产物存在于SiO2/SiC界面，也表明，磷处理去除碳副产物，导致界面缺陷显着减少。
2017-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Stabilisation of hBN/SiC Heterostructures with Vacancies and Transition-Metal Atoms
Aalto University（阿尔托大学）；HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利科学院雷尼·维格纳物理研究中心）；Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；Loughborough University（拉夫堡大学）
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
A General-Purpose and Efficient Machine-Learned Potential for SiC from Ambient to Extreme Environments
The Hong Kong Microelectronics Research and Development Institute（香港微电子研发院）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）；Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）
开发了一种高效通用的机器学习原子间势（ML-IAP），用于碳化硅（SiC）的多百万原子微秒级分子动力学模拟，并系统绘制了2H和3C多型体的压力-温度相图和阈值位移能分布。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci
SeWS/bilayer-SiC heterojunction: An S-scheme photocatalyst with high visible-light absorption, excellent carrier mobility and adjustable band gap
本文通过第一性原理计算系统研究了WSSe/SiC异质结，发现SeWS/双层SiC构型具有直接带隙、高可见光吸收系数、优异的各向异性空穴迁移率以及S型电荷转移机制，析氢效率达22.15%，并展示了通过电场和应变调控带隙的能力。
2025-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Helium diffraction on SiC grown graphene, qualitative and quantitative description with the hard corrugated wall model
采用掠入射快原子衍射方法研究了生长在6 H-SiC（0001）衬底上的外延石墨烯单层的莫尔结构，并与结构计算结果\textit{ab initio}和精确衍射程序进行了比较.我们回顾这些结果，并提出了一个补充的方法，使用硬壁模型提取信息，没有任何\textit{a priori}。然而，利用以前的精确计算，我们定量评估的性能，这种简化的方法，通过比较使用相同的势能面的预测。
2016-10-12 cond-mat.mtrl-sci
