Расчет формирования энергии

Содержание

1.Введение…………………………………………......2

2.КОМПЬЮТЕРНАЯ МЕТОДИКА… …………………… ……..5

А. Расчеты формирования энергий

B. SiC-AlN

С. Кластер гамильтонов расширение

D.Кластерное разложение из запрещенной зоны……………...7

3. РЕЗУЛЬТАТЫ…………………………………………………...8

A. Анализ основных состояний

Б.Расчеты фазовой диаграммы…………………………………15

4. ОБСУЖДЕНИЕ………………………………………………....17

A.SiC-AlN

B. SiC-SiCиGaN-InN……………………………………………20

5.Заключение………………………………………….……….....21

6.Литература………………………………...……………..22

1. Введение

Как обсуждалось в [1 – 4], (SiC)1-x(AlN)хквазибинарные системы [5] со структурой вюрцита (2H, B4- Strukturbericht, пространственная группа P63mc) (2H, B4- Strukturbericht, пространственная группа P63mc) представляют особый интерес для конструирования запрещенной зоны, поскольку запрещенная зона меняется от непрямой с шириной 2,9 эВ в SiC к прямой с шириной 6,2 эВ в AlN [6], и аналогично для (SiC)1-х(GaN)х (прямая 3,5 эВ) [7] и (SiC)1-х (InN)х (прямая1,89 эВ) [8]. Литература, касающаяся твердых растворов SiC - GaN и SiC- InN немногочисленна, но все три системы изучались для исследования химической систематики упорядочения, и так как SiC -AlN может быть использован в качестве подложки для GaN [9].

В "пробной" SiC - AlN фазовой диаграмме [10], полученной на основе эксперимента преобладают твердые растворы со структурой вюртцита выше T~2300 K и интервал смешиваемости ниже [10,11]. Несмотря на явную сильную тенденцию к несмешиваемости, возможно синтезировать твердые растворы (SiC)1-х(AlN)х со структурой вюртцита в виде тонких пленок или монокристаллов произвольного (любого) состава, X [1,2 и 9].

Первые принципы (FP) суперячейки расчетов полной энергии и первые принципы фазовой диаграммы (FPPD) расчеты, представленные здесь предлагают правдоподобное объяснение для относительной легкости, с которой однородные твердые растворы и монокристаллы синтезируются. В частности, все (SiC)m (AlN)n ...суперячеек (рис. 1), которые построены из SiC- и AlN-двухатомная (001)W слои (w для вюрцитных, а так же для всех кристаллографической плоскостей или осей) имеют энергии очень низкие формирования [Ef<0,045 эВ/MX-моль (M=Si,Al, X=C, N)] относительно SiC и AlN (и аналогично для SiC- GaN и SiC - InN):

ΔEF = ES- mESiC- nEAlN (1)

Здесь ES является полной энергией [SimAln] (Cm,Nn) суперячейки; ESiC энергия/моль для SiC; и EAlN энергия/моль для AlN. Конфигурации суперячейки, в которых Si и Al смешиваются в пределах (001)W-катионных слоев, а C и N смешиваются в пределах (001)W-анионных слоев, демонстрируют высокие или слишком высокие энергии образования, 0,05 эВ/моль Ef ≤ 0,65 эВ/моль (рис. 2). Тем не менее, трактовка, которая сравнивает решения для структур типа сфалерита и типа вюртцита выходит за рамки данного исследования.

Результаты для систем S – C - GaN и SiC - InN ясно показывают не очевидные химически - систематические тенденции. В SiC - GaN прогнозируются три фазы основных состояний (на X=1 / 4, 1/2 и 3/4), и только одно в SiC - InN (в X=1/2).

Рис. 1.Представление некоторых (001)W слоистых структур с X=1/2: (а) простейшая (SiC)1(AlN)1 1: 1 - суперячейка, которая, предполагается, имеет самую низкоэнергетическую конфигурацию при X=1/2 [просмотренная с (001) W почти в плоскости страницы, (б) (SiC)2(AlN)2 2:2 - суперячейка; (с) (SiC)2(AlN)2(SiC)1(AlN)1 2:1: 1:2-суперячейка; и (d) (SiC)3(AlN)2(SiC)1(AlN)2 3:2: 1:2 суперячейка (линии, черный=Si; синий=Al; зеленый=C; красный=N).

Рис. 2. Рассчитанные VASP значения энергии образования, EF, для SiC - AlN квазибинарных систем