a:V.N. Brudnyi a, A.V. KosobutskySuperlattices and Microstructures xxx (2017) 1-7
Les méthodes de nos calcules 3C-SiC 2H-SiC 4H-SiC
(GGA) 1.355 (-X) 6.008 (-) 2.38 2.335 (-K) 4.6857(-) 3.33 2.260 (-M) 4.917(-) 3.26 Eg (eV) (indirect) Eg (eV) (direct)
Eg (eV) ( des autres calcules)
(MBJ) 2.3821 (-X) 6.970 (-) 3.344 (-K) 5.601 (-) 3.200 (-K) 5.931 (-) Eg (eV) (indirect) Eg (eV) (direct)
Eg (eV) ( des autres calcules)
Experimental 2.417
2.42, 2.39a
3.33a 3.27a
71 Figure III-2: Les structures des bandes de carbure de silicium: (cubique 3C-SiC et hexagonal 2H-SiC et 4H(SiC)
calculé avec les deux approximations GGA et Mbj avec le code Wien2k. 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 -15 -10 -5 0 5 10 15 3C-SiC(GGA) K W X L W L 'e n e r g ie ( e V )
70 Les valeurs d'énergie de gap calculé avec les deux approximations GGAet mBJ sont illustrées dans le tableau III-2. Ils sont bien confirmés avec les résultats mesurés expérimentalement et aussi avec des autres calcules théorique.
Les valeurs calculéespar les deux approximations GGA et Mbj intégrées dans le code Wien2Kde l’énergie de gap de la structure cubique de carbure de silicium 3C-SiC sont présentées dans le tableau III-2, ainsi que celles obtenues à partir de mesures optiques [106,107].
Tous les résultats indiquent que la bande interdite indirecte minimale de 2,417 eV est attribuée à X- expérimentalement et 2.3821 eVaussi à (-X) par notre calcule simulé avec l'approximation mbj.
L'autre structure cristalline simple parmi les poly-types SiCest 2H-SiC, connue par sa plus grande bande interdite, il y a quatre atomes par cellule unitaire de structure hexagonale compacte, c'est-à-direhexagonalité h est à l'unité.
Les valeurs calculées des principales énergies de gap rapporté (à l'aide de code Wien2k) sont présentées dans le tableau III-2, ainsi que celles obtenues à partir de mesures expérimentales. La valeur de cet espace indirect -K dans le cas du calcul de la GGA a été ajustée à 3.344eV avec Mbj.
Comme mentionné dans l'introduction, les structures de bande des poly-types autres que 3C-SiC et 2H-SiC sont mal connues, ce qui résulte du nombre relativement grand d'atomes par cellule élémentaire primitive de ces poly-types, ce qui complique énormément le calcul. Junginger et Haeringen [100] ont calculé les structures de bande de 4H-SiCet 6H-SiC ainsi que de 3C-SiC et 2H en utilisant EPM. Cependant, ils n’ont obtenu les niveaux d’énergie que pour certains points de symétrie, c’est-à-dire les points , K, H, M et L. Pour le 4H-SiC, il a été trouvé un gap -M indirect de 2,8 eV, à comparer au gap énergétique obtenu de manière expérimentale de 3,26 eV.
D'après les calculs théoriques établis avec le code Wien2k, les deux poly-types3C-SiC et le 2H-SiC ont le maximum de la bande de valence au centre de la zone (point). Cependant, l'emplacement du minimum de la bande de conduction dans l'espace k dépend du poly-type.
Les deux poly-types étudiés jusqu’à présent ont des bandes interdites indirectes, qui augmentent de façon monotone avec l’hexagonalité des poly-types h, de Eg=2.3821 (-X)pour 3C-SiC (h = 0) à Eg= 3.344 (-K)pour 2H-SiC (h = 1 )-ces résultats sont calculé avec
72 l'approximation mbj- comme nous avons présenté nos résultats comparés avec des autres calcules théorique et mesures expérimentaux.
Comme mentionné précédemment, les structures de bande des autres poly-types que 3C-SiC et 2H-SiC sont mal connues, ce qui résulte du nombre relativement grand d'atomes par cellule élémentaire primitive de ces poly-types, ce qui complique énormément le calcul. Junginger et Haeringen [100]ont calculé les structures de bande de 4H- SiC et 6H-SiC ainsi que de SiC 3C et 2H-SiC en utilisant EPM. Cependant, ils n’ont obtenu les niveaux d’énergie que pour certains points de symétrie, c’est-à-dire les points, K, H, M et L. Pour le 4H-SiC, un gap-M indirect de 2,8 eV a été trouvé,à comparer avec l'écart d'énergie de 3,26 eV obtenu expérimentalement.
Nos valeurs calculées dans ce travail par le code Wien2k des gaps d'énergie rapportés sont présentées dans les tableaux III-2 ainsi que celles obtenues à partir des autres calcules et mesures expérimental [106],ces valeurs correspondent bien à la valeur obtenue par Gavrilenko et ses collaborateurs [107]. Selon leurs calculs, les intervalles optiques directs dans le 4H-SiC avec une énergie inférieure à 6 eV ne se produisent que près du point M dans l'espace k.
Tous les poly-types SiC ont le maximum de la bande de valence au centre de la zone mais le minimum de la bande de conduction dépend du poly-type. Les bandes interdites indirectes augmentent avec l'hexagonalité de poly-type de 2.3821eV à (-X)eV pour 3C-SiC à 3.344 eV à (-K) pour 2H-SiC. Dans le 3C-SiC, silicium et carbone isolésdes lacunes et un complexe de divorces de carbone et de silicium produisent des états dans l’intervalle interdit, mais pas les défauts anti-sites.
Nos valeurs de gap d'énergie dans3C-SiC, 2H-SiC et 4H-SiC qui sont calculés théoriquement par la simulation avec le code Wien2k surtout avec l'approximation Mbj correspondent bien aux valeurs expérimentales. Avec un décalage de 1eV de l'énergie de gap qui est calculé avec l'approximation GGApour les trois structures: 3C-SiC, le 2H-SiC et 4H - SiC.
De nombreuses applications électroniques et optoélectroniques basées sur les propriétés électroniques et optiques de base du SiC ont été proposées. Il existe cinq applications principales de
Matériaux à base de SiC: 1. microstructures,
73 3. électronique à haute température,
4. électronique à rayonnement et
5. dispositifs à haute puissance / haute fréquence.
Les applications de microstructure comprennent les masques à rayons X et les structures micro-usinées telles que les diaphragmes de haut-parleurs et des outils spéciaux de micro- application. Les applications optoélectroniques incluraient des substrats pour la famille des dispositifs à base de nitrure, des diodes électroluminescentes et des détecteurs UV. En raison des SiC, une large bande interdite presque tous les dispositifs fabriqués sur SiC peuvent être considérés pour des applications à haute température [109].De nombreux chercheurs travaillent pour retrouver une alternative du CdS (2,4 eV) c’est-à-dire un matériau qui a une large bande interdite.