热学、弹性和表面性质对SiC多型稳定性的影响
材料科学
2022-08-23 v2
摘要
SiC多型已通过实验和原子模拟研究数十年，但对于决定其稳定性和生长的因素尚未达成共识。提出的控制因素包括体能量的温度相关差异、通过点缺陷诱导的双轴应变以及表面性质。在本工作中，我们通过密度泛函理论（DFT）计算研究了3C、2H、4H和6H多型的热力学稳定性。多型间体能量的微小差异可因其计算方法不同而导致其能量排序的复杂变化。因此，我们采用并比较了多种DFT代码：VASP、CP2K和FHI-aims；交换关联泛函：LDA、PBE、PBEsol、PW91、HSE06、SCAN和RTPSS；以及九种不同的范德华（vdW）修正。在~K时，4H-SiC比3C-SiC略稳定，且通过包含晶格振动的熵效应，稳定性随温度升高进一步增强。最先进的vdW修正以及晶格上的应变对相对多型稳定性均无显著影响。我们进一步研究了外延生长过程中常暴露的（0001）多型表面的能量。对于Si端表面，我们发现3C-SiC比4H-SiC显著更稳定。我们得出结论，表面能的差异可能是3C成核的驱动力，而体热力学稳定性的差异略微有利于4H和6H多型。因此，为正确描述晶体生长过程中的多型稳定性，同时考虑这两种效应至关重要。
引用
@article{arxiv.2201.05379,
title = {Effects of thermal, elastic, and surface properties on the stability of SiC polytypes},
author = {Senja Ramakers and Anika Marusczyk and Maximilian Amsler and Thomas Eckl and Matous Mrovec and Thomas Hammerschmidt and Ralf Drautz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.05379},
year = {2022}
}
备注
14 pages, 12 figures