SiC因其寬的禁帶寬度、高的電子飽和速度、大的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高的熱導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性等特性而成為制作高頻、大功率和耐高溫器件的理想材料。綜述了SiC 材料的理論研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)研究方法和結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)要的評(píng)述。

1、引言

　　SiC作為C 和Si 唯一穩(wěn)定的化合物，其晶格結(jié)構(gòu)由致密排列的2 個(gè)亞晶格組成，每個(gè)Si(或C)原子與周邊包圍的C(Si)原子通過(guò)定向的強(qiáng)四面體SP3 鍵結(jié)合，雖然SiC 的四面體鍵很強(qiáng)，但層錯(cuò)形成能量卻很低，這一特點(diǎn)決定了SiC 的多型體現(xiàn)象。己經(jīng)發(fā)現(xiàn)SiC 具有250 多種多型體，不同的多型體具有不同的電學(xué)性能與光學(xué)性能。SiC 的禁帶寬度為Si 的2~3 倍，電子的飽和漂移速度為Si 的2 倍，臨界擊穿電場(chǎng)約為Si 的8 倍，熱導(dǎo)率約為Si 的4.4 倍。SiC 的這些性能使其成為高頻、大功率、耐高溫、抗輻照器件的優(yōu)選材料，可廣泛應(yīng)用于人造衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)以及通訊、海洋勘探、石油鉆井、汽車電子化等軍事和民用系統(tǒng)，成為國(guó)際上新材料、微電子和光電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，受到許多國(guó)家的重視和大力發(fā)展。

　　由于SiC 單晶生長(zhǎng)困難且代價(jià)昂貴，因此國(guó)內(nèi)外對(duì)SiC 材料的外延生長(zhǎng)進(jìn)行了大量的研究，特別是對(duì)Si 基SiC 薄膜的外延生長(zhǎng)，進(jìn)行了大量的理論模擬和實(shí)驗(yàn)工作。盡管SiC 外延生長(zhǎng)的研究已進(jìn)行了多年，但無(wú)論是生長(zhǎng)技術(shù)，還是生長(zhǎng)機(jī)理都不成熟，不同研究機(jī)構(gòu)在相近條件下得出的結(jié)論存在較大的差異。因此從理論上分析SiC 的成膜機(jī)制對(duì)其外延生長(zhǎng)過(guò)程的了解和控制具有重要意義。

2、SiC 薄膜材料理論研究方法

　　對(duì)SiC 的理論模擬，國(guó)內(nèi)外主要采用2 種方法：一種是以分子動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的理論模擬；另一種是從頭計(jì)算理論模擬。

2.1、分子動(dòng)力學(xué)模擬

　　所謂分子動(dòng)力學(xué)方法就是用運(yùn)動(dòng)方程來(lái)計(jì)算系統(tǒng)的性質(zhì)，得到系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的一種方法。分子動(dòng)力學(xué)方法的出發(fā)點(diǎn)是物理系統(tǒng)確定的微觀描述。這個(gè)系統(tǒng)可以是一個(gè)少體系統(tǒng)，也可以是一個(gè)多體系統(tǒng)。這種描述可以是哈密頓描述或拉格朗日描述，也可以是直接用牛頓方程表示的描述。

3、結(jié)束語(yǔ)

　　到目前為止，國(guó)內(nèi)外采用分子動(dòng)力學(xué)、從頭計(jì)算方法對(duì)SiC 的缺陷、晶格振動(dòng)、熱力學(xué)性質(zhì)、表面弛豫與重構(gòu)、結(jié)構(gòu)、能量、電子態(tài)及光譜等物理性質(zhì)展開(kāi)了大量的模擬研究，取得了一系列的成果。雖然2 種模擬方法側(cè)重點(diǎn)不用：分子動(dòng)力學(xué)模擬主要側(cè)重物質(zhì)的相互作用，而從頭計(jì)算方法主要對(duì)少量原子、分子體系的幾何結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定構(gòu)型進(jìn)行模擬研究，但不管從微觀結(jié)構(gòu)還是宏觀粒子作用，對(duì)SiC 的研究都取得了顯著進(jìn)步。

　　但同時(shí)也注意到：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，特別在以化學(xué)氣相沉積(CVD)為基礎(chǔ)的制備SiC 的過(guò)程中，得到純正的SiC 幾乎是不可能的。在對(duì)摻雜了N、H 的SiC 研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了諸如摻雜N 濃度對(duì)SiC 的光敏特性及光學(xué)帶隙影響很大等物理現(xiàn)象。目前，國(guó)內(nèi)外在實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)對(duì)此展開(kāi)了大量研究，但在理論模擬上，還未見(jiàn)系統(tǒng)報(bào)道。因此，對(duì)摻雜SiC 的物理特性展開(kāi)新一輪的研究，將是十分必要且迫切的。