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
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
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
Fabrication and Characterization of Boron Carbide / n-Silicon Carbide Heterojunction Diodes
报道了第一个碳化硼/碳化硅异质结二极管的制作、初始结构表征和二极管测量。在24 ℃至388 ℃的温度下获得的电流-电压曲线。PECVD沉积的未掺杂的碳化硼材料是高度结晶的，并且由晶体尺寸大至110 nm的多种B-C多型体组成。晶相类似于Si上PECVD B-C的晶相，但仅部分匹配已知的硼和富硼B-C相。
2001-01-17 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
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
Polytype control of spin qubits in silicon carbide
晶体缺陷可以限制孤立的电子自旋，并且是固态量子信息的有希望的候选者。除了专注于金刚石中的氮空位中心的研究之外，另一种策略还试图确定具有扩展技术能力的新自旋系统，这是一种材料驱动的方法，最终可能导致具有定制特性的“设计师”自旋。在这里，我们表明，4 H，6 H和3C多型体的SiC所有主机相干和光学可寻址的缺陷自旋状态，包括在所有三个室温量子相干性的自旋。这种自旋相干性的普遍性表明，晶体多态性可以是工程自旋量子位的自由度。长的自旋相干时间允许我们使用双电子-电子共振来测量同一晶体的不等价晶格位置中的自旋系综之间的磁偶极相互作用。这些相互作用与这种不等价自旋的独特光学和自旋跃迁能量一起，为可单独寻址的自旋的偶极耦合网络提供了一条途径。
2013-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
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
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
Orientation-dependent stability and quantum-confinement effects of silicon carbide nanowires
采用密度泛函理论和广义梯度近似下的第一性原理计算，研究了具有锌尖晶石（3C）和纤锌矿（2 H）结构的氢化碳化硅纳米线（SiCNWs）的能量稳定性和电子性质. [111]取向的3C-SiCNW在能量上比其他尺寸相近的纳米线更稳定。除了3C-SiCNW沿[112]方向取向外，其余的纳米线都具有直接带隙。由于量子限制效应，这些纳米线的带隙随着线尺寸的增加而减小。3C-SiCNW沿[111]方向取向，直径可达2.8 nm，仍保持直接带隙特性。[111]取向的3C-SiCNW的优异稳定性和电子结构与实验结果一致。
2009-04-16 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
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
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
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
The absorption spectrum of hydrogenated silicon carbide nanocrystals from ab initio calculations
用第一性原理计算确定了氢化碳化硅纳米晶（SiCNC）的电子结构和吸收光谱。我们表明，重建的表面可以显着改变不仅开始的吸收，但在较高的能量的光谱的\emph{shape}。我们发现，用传统的密度泛函理论计算方法不能准确预测重构SiCN的吸收阈值。
2009-03-10 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
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
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
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
The Origin of Doping in Quasi-Free Standing Graphene on Silicon Carbide
我们解释了强大的p型掺杂观察准独立的石墨烯六方碳化硅衬底的自发极化。这种机制是基于SiC的体属性，不可避免的任何六边形多型体的材料和独立的界面形成的任何细节。我们表明，极化的符号和幅度与石墨烯层中观察到的掺杂水平完全一致。有了这种机制，基于假设的受体型缺陷的模型，因为他们讨论到目前为止是过时的。外延石墨烯的n型掺杂通常通过与缓冲层及其与衬底的界面相关联的施主样状态来解释，其过度补偿极化掺杂。
2011-09-30 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
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
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
Spontaneous polarization induced doping in quasi-free standing epitaxial graphene on silicon carbide from density functional theory
通过密度泛函理论（DFT）计算，我们定量地估计了SiC（0001）衬底的自发极化（SP）对通过H嵌入与SiC解耦的准独立石墨烯（QFG）电子性质的影响.为了在标准DFT板计算中正确地包括SP（其是体性质）对表面限制性质（诸如石墨烯的掺杂）的影响，我们在板的C端接的底部处附接双金层，其引入金属诱导的间隙状态，该间隙状态将化学势固定在间隙内。此外，扩大板底部的层间距离产生了局部偶极矩，其抵消了由板的极性特性引起的偶极矩，并允许将立方SiC（111）的石墨烯的狄拉克点（DP）的位置与化学势对准。因此，在相同的平板模型下获得的其他多型体的DP位移成为SP诱导的掺杂的几乎直接测量。我们的研究结果证实了最近的建议，SP诱导实验观察到的p型掺杂的石墨烯层，可以实现高达几百meV的DP位移（或等效地，$\sim 10^{13} e$ /cm $^2$）为特定的多型体。发现掺杂随着多型体的六边形和其厚度而增加。对于板thickenses考虑（6-12 SiC双层）一个充足的，几乎连续的，范围内的掺杂值可以通过调整堆叠缺陷的数量和它们的位置相对于表面。接下来通过执行大规模DFT计算来概括板模型，其中自掺杂经由点缺陷（空位加上H原子）被包括在QFG中，从而允许估计p掺杂的两个源（SP-与缺陷诱导的）之间的相互作用，这被证明基本上是加性的。
2015-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Growth of Boron Carbide on 4H-SiC
本文提出两步CVD法在4H-SiC上外延生长单晶碳化硼，先硼化再高温沉积，获得台阶流形貌的单晶薄膜，并揭示了非晶层转化及瞬态SiB x /Si微晶的生长机制。
2023-10-26 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
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
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
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
Flexural Plate Wave Devices Fabricated from Silicon Carbide Membranes
弯曲板波（FPW）设备制造的碳化硅（SiC）膜在这里提出的表现出电气和机械特性，在其传递函数，这使得它非常有用的低电压探头设备能够在小面积，通常是无法访问的普通设备。该电流驱动装置的低输入阻抗特性使其能够在非常低的电压下工作，从而降低了待探测易燃或易爆区域的危险。弯曲板波（FPW）装置属于重力型传感器系列，可直接测量振动元件的质量。主要目的是研究碳化硅（SiC）膜作为Sandia国家实验室开发的弯曲板波器件中的氮化硅（SiN）膜的替代物的适用性
2002-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Quantum-confined single photon emission at room temperature from Silicon carbide tetrapods
孤立固态量子系统的受控工程是现代纳米技术中最突出的目标之一。在这封信中，我们证明了一个以前未知的量子系统，即碳化硅四脚体。四脚体具有立方多型体芯（3C）和六边形多型体腿（4 H），其几何形状在单个四脚体内产生自发极化。四脚结构的建模预测，束缚激子应该存在于3C-4 H界面。在室温下观察到的四脚体的全偏振和窄带单光子发射证实了模拟。单光子发射为理解非球形纳米结构中的量子限制效应提供了重要的见解。我们的研究结果为一类新的晶相纳米材料铺平了道路，这些材料在室温下表现出单光子发射，因此适用于传感，量子信息和纳米光子学。
2014-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Combined effect of SiC and carbon on sintering kinetics, microstructure and mechanical properties of fine-grained binderless tungsten carbide
本研究通过SPS和CPS烧结，探究SiC和碳对无粘结剂WC陶瓷的联合影响，发现添加1% SiC和0.3% C可优化微观结构并提升力学性能，且烧结活化能揭示扩散机制。
2023-12-27 cond-mat.mtrl-sci
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
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
On melting of silicon carbide under pressure
本文研究了碳化硅在压力5-8 GPa、温度高达3300 K下的熔化。结果表明，SiC为全等成分熔化，其熔化曲线为负斜率，为-44 +/-4K/GPa。
2012-10-11 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
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
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
Vacancy-related color centers in twodimensional silicon carbide monolayers
本文通过密度泛函理论计算表征二维碳化硅中碳空位、硅空位及碳反位-空位对缺陷的超精细张量和光学激发态，并提出带负电碳反位-空位可用于近红外单光子发射，中性碳空位可用于可见光波段量子传感。
2023-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the SiC surface - a morphology study on the epitaxial growth of graphene and its buffer layer
我们使用原子力显微镜研究了石墨烯缓冲层的生长和碳化硅衬底表面的台阶聚束行为。局部缓冲层域的形成被确定为不期望的高步骤的边缘的起源与一个一般模型的步骤动态的预测非常一致。所应用的聚合物辅助升华生长方法表明，抑制这种行为的关键原理是缓冲层的均匀成核。以这种方式，碳化硅表面被稳定化，使得在各种碳化硅衬底表面上的石墨烯生长期间可以保留超平坦表面。实验结果的分析描述了不同的生长模式，通过强调缓冲层成核和临界质量传输过程的重要性，扩展了目前对外延石墨烯生长的理解。
2017-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Bottom-up growth of monolayer honeycomb SiC
在石墨烯蜂窝结构单层的探索中，SiC的长期理论化的二维同素异形体仍然难以捉摸。它预计将拥有一个大的直接带隙（2.5 eV），环境稳定性和化学多功能性。虽然硅和碳之间的$sp^{2}$键合在能量上是有利的，但迄今为止仅报道了无序的纳米片。在这里，我们展示了大面积，自下而上的合成单晶，外延单层蜂窝状SiC顶部的过渡金属碳化物薄膜上的SiC衬底。我们发现SiC的2D相几乎是平面的，在真空中高达1200°C的高温下稳定。2D-SiC和过渡金属碳化物表面之间的相互作用导致电子能带结构中的Dirac样特征，其在TaC衬底的情况下强烈自旋分裂。我们的研究结果代表了常规和定制的2D-SiC单层合成的第一步，这种新型的异质外延系统可能会发现从光致发光到拓扑超导的各种应用。
2023-01-16 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
