碳化硅能带结构

  碳化硅同素异构体间晶体结构的差别，必然导致其能带结构的变化。关于碳化硅能带结构的理论计算最早可追溯到日本Kobayashi发表于1956年的开创性工作。至今60余年来已发表了大量研究结果，但大多是针对结构较简单的2H-SiC和3C-SiC和常用的4H-和6H-SiC。由于其他同素异构体的元胞所含原数目较大，计算工作相当复杂，对这些材料能带结构的理论认识目前还很不够。但是，大量的理论计算和光学测量的结果表明，碳化硅同素异构体的能带结构也有明显的共同点。其中最主要的一点就是:碳化硅所有同素异构体的禁带都是间接跃迁型，其价带极大值都位于布里渊区中心(Γ 点)，而导带极小值则位于布里渊区边缘。同素异构体间能带结构的差异主要存在于禁带的宽度和决定禁带宽度的导带极小值在k空间的位置，以及E(k)曲线在这些极值点的曲率，即电子和空穴的有效质量。譬如，决定2H-SiC和3C-SiC禁带宽度的导带极小值分别位于布里渊区的K点和X点，它们分别是<110>晶轴和<100>晶轴与布里渊区的交点。各种碳化硅同素异构体的禁带宽度虽然不同，但其变化趋势与其晶体结构中六方结构所占比例的变化趋势基本一致，即随着六方结构比例的增加从3C-SiC的2.36eV展宽到2H-SiC的3.33eV。一些碳化硅同素异构体的禁带宽度如前面的表1所示a。表中，仅有15R-SiC和33R-SiC的禁带宽度对上述变化规律略有例外。

 
  碳化硅的三种主要同素异构体3C-SiC、4-SiC和6H-SiC的电子、空穴有效质量和导带、价带等效态密度等与能带结构有关的特性参数列于表2。由于所有碳化硅同素异构体的导带底皆位于布里渊区边沿，导带底附近的等能面皆为各向异性的椭球面，因而电子有效质量有纵(m₁)横(m_t)之分，且态密度有效质量m_nd和电导有效质量m_c也不相同；而所有同素异构体的价带顶皆位于布里渊区中心，空穴有效质量各向同性，且所列三种材料的价带顶皆无简并，因而也无轻重之分和态密度有效质量与电导有效质量之分。  
  碳化硅的禁带也会随温度升高而变窄。三种主要同素异构体3C-SiC、4H-SiC和6H-SiC的禁带宽度E_g随温度变化的规律可分别用下列经验公式表示： 式中E_g(0)—外推至绝对零度时的禁带宽度，温度T以K为单位。
 
  这三种同素异构休禁带宽度随静压力P(单位kbar)的变化规律分别为：


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