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铝-金刚石界面电子特性与界面肖特基势垒的杂化密度泛函理论HSE06的研究

吴孔平 孙昌旭 马文飞 王杰 魏巍 蔡俊 陈昌兆 任斌 桑立雯 廖梅勇

铝-金刚石界面电子特性与界面肖特基势垒的杂化密度泛函理论HSE06的研究

吴孔平, 孙昌旭, 马文飞, 王杰, 魏巍, 蔡俊, 陈昌兆, 任斌, 桑立雯, 廖梅勇
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  • 宽带隙半导体金刚石具有突出的电学与热学特性,近年来,基于金刚石的高频大功率器件受到广泛关注,对于金属-金刚石肖特基结而言,具有较高的击穿电压和较小的串联电阻,所以金属-金刚石这种金半结具有非常好的发展前景. 本文通过第一性原理方法去研究金属铝-金刚石界面电子特性与肖特基势垒的高度. 界面附近原子轨道的投影态密度的计算表明:金属诱导带隙态会在金刚石一侧产生,并且具有典型的局域化特征,同时可以发现电子电荷转移使得Fermi能级在金刚石一侧有所提升. 电子电荷在界面的重新分布促使界面形成新的化学键,使得金属铝-氢化金刚石形成稳定的金半结. 特别地,我们通过计算平均静电势的方法得到金属铝-氢化金刚石界面的势垒高度为1.03 eV,该值与金属诱导带隙态唯像模型计算的结果非常接近,也与实验值符合得很好. 本文的研究可为金属-金刚石肖特基结二极管的研究奠定理论基础,也可为金刚石基金半结大功率器件的研究提供理论参考.
      通信作者: 吴孔平, Wu.Kongping@nims.go.jp;Meiyong.Liao@nims.go.jp ; 廖梅勇, Wu.Kongping@nims.go.jp;Meiyong.Liao@nims.go.jp
    • 基金项目: 安徽省高校优秀拔尖人才培育资助项目(批准号:gxfxZD2016077)、中国博士后科学基金(批准号:2016M601993)和中国国家留学基金委项目(批准号:201508340047)资助的课题.
    [1]

    Wort C J H, Balmer R S 2008 Mater. Today 11 22

    [2]

    Crawford K G, Cao L, Qi D C, Tallaire A, Limiti E, Verona C, Wee A T S, Moran D A J 2016 Appl. Phys. Lett. 108 042103

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    Russell S A O, Sharabi S, Tallaire A, Moran D A J 2012 IEEE Electron Device Lett. 33 1471

    [4]

    Volpe P N, Muret P, Pernot J, Omnes F, Teraji T, Koide Y, Jomard F, Planson D, Brosselard P, Dheilly N, Vergne B, Scharnholz S 2010 Appl. Phys. Lett. 97 223501

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    Ohmagari S, Teraji T, Koide Y 2011 J. Appl. Phys. 110 056105

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    [10]

    Kawashima H, Noguchi H, Matsumoto T, Kato H, Ogura M, Makino T, Shirai S, Takeuchi D, Yamasaki S 2015 Appl. Phys. Express 8 104103

    [11]

    Makino T, Tanimoto S, Hayashi Y, Kato H, Tokuda N, Ogura M, Takeuchi D, Oyama K, Ohashi H, Okushi H, Yamasaki S 2009 Appl. Phys. Lett. 94 262101

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-01-17
  • 修回日期:  2017-01-25
  • 刊出日期:  2017-04-20

铝-金刚石界面电子特性与界面肖特基势垒的杂化密度泛函理论HSE06的研究

    基金项目: 

    安徽省高校优秀拔尖人才培育资助项目(批准号:gxfxZD2016077)、中国博士后科学基金(批准号:2016M601993)和中国国家留学基金委项目(批准号:201508340047)资助的课题.

摘要: 宽带隙半导体金刚石具有突出的电学与热学特性,近年来,基于金刚石的高频大功率器件受到广泛关注,对于金属-金刚石肖特基结而言,具有较高的击穿电压和较小的串联电阻,所以金属-金刚石这种金半结具有非常好的发展前景. 本文通过第一性原理方法去研究金属铝-金刚石界面电子特性与肖特基势垒的高度. 界面附近原子轨道的投影态密度的计算表明:金属诱导带隙态会在金刚石一侧产生,并且具有典型的局域化特征,同时可以发现电子电荷转移使得Fermi能级在金刚石一侧有所提升. 电子电荷在界面的重新分布促使界面形成新的化学键,使得金属铝-氢化金刚石形成稳定的金半结. 特别地,我们通过计算平均静电势的方法得到金属铝-氢化金刚石界面的势垒高度为1.03 eV,该值与金属诱导带隙态唯像模型计算的结果非常接近,也与实验值符合得很好. 本文的研究可为金属-金刚石肖特基结二极管的研究奠定理论基础,也可为金刚石基金半结大功率器件的研究提供理论参考.

English Abstract

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