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25000字硕士毕业论文掺杂3C碳化硅热学和光电性能的理论研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:25000字
论点:碳化硅,掺杂,结构
论文概述:

碳化硅(Silicon Carbide,SiC)因具有小介电常数、高饱和速率、大击穿电场、高热导率和宽禁带等优良的物理性质 入手,分析了掺杂3C-SiC热学和光电性能的理论研究,由硕士论文整体提供。

论文正文:

简介:碳化硅具有介电常数小、饱和率高、击穿电场大、热导率高、禁带宽等优异的物理性能。硕士论文从整体上分析和提供了掺杂3C碳化硅的热学和光电性能的理论研究。
第1章螺纹理论
随着微电子技术的发展,对半导体材料的需求也增加了。半导体代代相传。碳化硅材料因其优异的特性被广泛应用于高功率、高温、高压和抗辐射的电子器件中。随着碳化硅材料性能的不断研究和探索,微电子器件的技术潜力是无限的。
1.1碳化硅的历史背景和应用
1824年,瑞典科学家贝尔泽利乌斯发现了与硅和碳结合的化合物,称为碳化硅。1891年,莫农加希拉,例如艾赫森,用电炉生产了一种非常坚硬和难熔的复合碳化硅。利哈伊大学的弗雷泽教授发现了碳化硅的多型。人们对这种新发现的特殊材料非常感兴趣,并对碳化硅的性能和应用进行了大量研究。1907年,法国电子工程师首次观察到碳化硅的电致发光现象,但高纯碳化硅确实难以控制。美国在1955年发明了生长碳化硅的方法。当时,碳化硅的制备和理解还不完善。因此,对碳化硅的关注是不稳定的。
从20世纪60年代中期到70年代中期,乔克、帕特克和汉密尔顿在光致发光方面取得了一些有价值的成果。直到1978年,俄罗斯的泰罗夫和特维科夫以及日本的松木在碳化硅晶体的生长方面取得了新的突破。碳化硅此时引发了
技术的快速发展。1987年,北卡罗来纳州立大学戴维斯研究小组对碳化硅制备的研究为现代商业
生产奠定了基础。人们已经逐渐从理解转向准备和应用。随着这种新材料的研究,碳化硅的许多优异性能被发现。碳化硅制成的电子器件利用其独特的物理特性得到了广泛的应用。
从半导体器件的发展来看,半导体器件在微电子技术中性能的提高和应用伴随着新半导体材料的不断发现。碳化硅是推动半导体器件发展的主要材料之一,其代表是继硅和GaAs材料之后的第三代半导体。它具有禁带宽、临界击穿场强高、电子迁移率高、热导率高等独特特性。碳化硅材料在高温、高频、高功率、抗辐射、短波长发光和光电集成器件的制造和使用中发挥了其优势。对于在高温和大功率半导体器件中的应用,碳化硅材料由于其宽禁带和高温稳定性而被制成场效应晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、JFET、BJT和其他器件。该设备可以在温度高达500℃以上的极端环境中工作。它主要用于军事武器系统、航空空航天、石油地质勘探等领域。基于碳化硅材料的高迁移率、饱和漂移速度和高热导率,最大频率超过42GHz的碳化硅场效应晶体管已经应用于军事相控阵雷达、通信广播系统和数据处理。碳化硅宽禁带的优点是短波长发光器件是发光二极管全色大面积显示屏的关键。紫外光敏二极管用于监测汽车、飞机、火箭等发动机的燃烧工作状态,与碳化硅高温继承电路一起形成闭环控制,提高发动机的工作效率。蓝色激光二极管的应用将在未来生化战场的探测中发挥不可或缺的作用。碳化硅半导体、高性能功率器件、高压器件、高密度集成电路封装等高击穿电场的优异性能。,已应用于电子控制系统、节能系统、电离电子系统等。
目前,单一本征半导体材料的性能已经不能满足半导体器件发展的要求。为了跟上科学技术的进步,满足工作电子器件的不同要求,人们致力于碳化硅掺杂性能的研究,以便通过不同的掺杂方法获得适合不同工作环境的半导体器件。因此,半导体材料的有效掺杂是改变半导体性能的主要手段。通过改变掺杂原子和掺杂浓度,可以改变本征半导体材料的固有机械、电学、光学、热学和其他特性。碳化硅材料的掺杂已有多方面的报道。主要研究掺杂碳化硅半导体材料的光学和介电性能。因此,掺杂碳化硅半导体材料的研究具有重要意义。同时,掺杂半导体材料在提高器件性能方面的应用也具有广阔的前景。
1.2碳化硅的结构和基本性质
根据固体物理理论,碳化硅晶体是由电负性相差很大的两种第四族元素硅和碳按照1∶1的原子比形成的化合物半导体。晶体结构中最基本的结构单元是由硅碳原子共价键合形成的正四面体。结构单元由一个四面体组成,四面体由四个硅原子围绕一个碳原子形成。同样,硅原子也被四个碳原子的四面体包围。由于存在强离子共价键,碳化硅具有相对稳定的结合能结构。共价键的共价性和高强度决定了碳化硅具有一定的能量和机械强度。碳化硅晶体中存在四面体空排列的SP杂化键,这决定了其晶体结构是同质多型的。因为碳化硅晶体结构的基本单元密集地堆叠在空之间以形成碳化硅多型体,这属于密集堆叠机制。碳化硅由于密集堆积的不同位置而产生大量不同晶体系统的变体。用x光衍射分析碳化硅的结构。晶体结构主要有两种形式:晶体排列致密的六方α -SiC和类似闪锌矿的等轴β -SiC。一般可概括为纤锌矿结构、闪锌矿结构和菱形结构,其中菱形结构和纤锌矿结构称为α -SiC,闪锌矿结构为β -SiC。为了表达碳化硅的各种晶系,提出了几种命名方法:(1)各种六方碳化硅多型体按照发现的顺序用相应的罗马数字表示。如SIcⅰ、SIcⅱ、SIcⅲ等。(2)字母R、H和C分别代表菱形结构、六边形结构和正六边形结构,字母前的数字代表晶胞中的碳硅重复层的数量。例如:6H、3C和15R等。(3)等轴闪锌矿的[/溴/]碳化硅称为β-碳化硅,而紧密排列的六方和菱面体碳化硅称为α-碳化硅。
到目前为止,已经确认了250多种碳化硅多型,其中最常见的有立方3C碳化硅、六方4H碳化硅和6H碳化硅。这三种结构依赖于紧密堆积序列,紧密堆积层为甲、乙、丙三层。如果碳化硅键呈现六方纤锌矿或立方闪锌矿结构,则得到纯立方结构-立方闪锌矿结构的晶型,即3C-碳化硅或β-碳化硅(丙=立方)。如果堆叠顺序是AB和AB,则获得纯六边形结构,即2H碳化硅(H =六边形)。其他碳化硅多型体通过混合这两种堆叠方法生产。碳化硅最常见的两种立方晶型是4H-碳化硅和6H-碳化硅,它们的紧密堆积方式分别是ABAC、ABAC和ABCAB、ABCAB。
参考
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3C碳化硅掺杂[/BR/]摘要5-6
摘要6-7
第1章引言10-20
1.1碳化硅10-11
1.2碳化硅11-15 [/BR/] 1.3掺杂碳化硅15-17 [/BR/] 1.4研究目的和意义17-18 [ 2.1引言20
2.2密度泛函理论20-26
2.2.1托马斯-费米模型20-23
2.2.2霍恩伯格-科恩定理23-24
2.2.3局部密度近似和广义梯度近似24-25 [/BR/] 2.2.4交换相关泛函25-26 [/BR/] 2.3伪势方法26-28 [/BR/] 2 3.1简介32
3.2碳化硅热理论32-35
3.2.1掺杂碳化硅的导热机理33-34 [/BR/] 3.2.2半导体导热系数计算模型34-35 [/BR/] 3.3掺杂碳化硅导热系数计算结果35-42 [/BR/] 3.3.1计算方法和结构模型35-36 [/BR/] 3.3.2导热系数的计算机模拟计算 3.4.2掺杂引起的局部振动44-45
3.5本章概述45-46
第4章掺杂碳化硅光电性能研究46-60
4.1引言46
4.2碳化硅光学理论46-48
4.3掺杂碳化硅光学性能的计算48-53 [/BR/] 4.3.1光电导体49-51 [/BR/] 4.3 4.4.2能带和吸收性质的计算55-56[/溴/] 4.4.3光致发光的计算结果56-58[/溴/] 4.5本章摘要58-60[/溴/]结论60-62[/溴/]参考文献62-66[/溴/]硕士学位研究期间发表的论文作者及其成果简介66-67[/溴/]致谢67-68[/溴/]

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