【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及半导体材料性能分析，具体为基于第一性原理对变温半导体器件中sic电学特性分析方法。
技术介绍
1、随着信息技术的快速发展，特别是在5g通信、大功率电力电子等领域，对半导体材料的性能提出了更高要求。sic作为第三代宽禁带半导体材料的代表，因其宽带隙、高临界击穿电场、高电子饱和漂移速度等优异特性，在电子功率器件、陶瓷材料等方面展现出巨大的应用潜力。然而，在以5g通信为代表的新一代信息技术中，相比以往成倍增长的高密度热流的散热问题愈加突出。sic材料在实际使用过程中，温度对其电学性能的影响尚不明确，这限制了其在高温环境下的广泛应用。
技术实现思路
1、本专利技术技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案，主要提供了基于第一性原理对变温半导体器件中sic电学特性分析方法，用以解决上述
技术介绍
中提出的sic材料在实际使用过程中，温度对其电学性能的影响尚不明确的技术问题。
2、本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为：
3、基于第一性原理对变温半导体器件中sic电学特性分析方法，包括如下步骤：
4、s1、设定参数和建立模型；
5、s2、模拟sic在不同温度下的晶格畸变，并计算内聚能评估稳定性；
6、s3、分析晶格畸变对sic态密度和电荷密度的影响；
7、s4、模拟sic中硅缺陷和碳缺陷的生成，并计算其对sic内聚能、态密度和电荷密度的影响；
8、s5、
9、具体地，步骤s1中，参数设定包括：动能截断设置为450ev；能量收敛标准为两个电子步之间的能量差值小于10-5ev；结构优化时两个离子步间的海尔曼费曼力残留小于0.02ev/å；温度展宽设置为0.1ev；结构优化时使用5×5×3的gamma-centered k点，计算态密度时使用7×7×5的gamma-centered k点。
10、具体地，使用维也纳从头算仿真软件包进行dft计算。
11、具体地，步骤s2中，设立晶格收缩30%至扩张30%的形变，每5%为一档来模拟由于较宽范围内温度变化产生的晶格畸变，分析态密度和带隙变化。
12、具体地，步骤s2中，计算统计各档晶格畸变sic在不同方向产生晶格畸变时内聚能变化，确定在不同方向产生晶格畸变条件下发生稳定形变量的晶格畸变档次范围。
13、具体地，步骤s3中，计算不同方向共同发生形变时的态密度和电荷密度，分析自旋向上与自旋向下的对称性和带隙变化。
14、具体地，步骤s3中，计算不同方向分别发生形变时的态密度和电荷密度，探究畸变对材料的态密度影响最大的方向。
15、具体地，步骤s4中，统计在不同形变量下sic及其各层分别引入硅缺陷和碳缺陷的内聚能，分析对材料的稳定性影响更大的元素和温度环境。
16、具体地，步骤s4中，计算晶格发生形变时，sic及其各层在不同缺陷下的电荷密度和态密度，分析自旋向上与自旋向下的对称性和带隙变化。
17、具体地，步骤s5中，电学性能分析包括评估sic的带隙变化、电子结构变化以及导电性能的变化。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
19、（1）本专利技术提供了一种基于第一性原理的sic电学特性分析方法，能够系统地研究sic在不同温度下的晶格畸变和原子缺陷对其电学性能的影响；通过理论计算和模拟，揭示了sic在变温环境下的电学性能变化规律，为sic在高温、高密度热流环境下的应用提供理论依据。
20、（2）本专利技术首次在sic温度变化条件中使用vasp软件，它是一种高度精确的第一性原理计算工具；且设置了与晶胞和材料类型匹配的计算参数，如动能截断、能量收敛标准等，以确保计算的准确性、收敛性和可靠性，为研究提供了坚实的基础。参数的选择使得计算既不过于复杂也不过于简化，平衡了计算效率和精度。
21、（3）本专利技术采用了合适的k点网格，确保了电子结构的准确描述；通过内聚能的变化评估材料的稳定性，这是一种有效的指标；分析了不同形变条件下态密度和电荷密度的变化，是评价电学性能的关键参数；考虑了自旋极化参数的影响，对于理解材料在不同温度下的行为至关重要。最终使得本方法的模拟结果可靠。
22、（4）本专利技术首次使用第一性原理来对碳化硅的温度参数与性能关系进行理论计算工作，与其他实验性工作不同，vasp计算工具是利用详细的物理逻辑和公式进行的精准计算，而不是从实验中得到的宏观观测结果而总结的规律，这也使得本专利技术中所考量的因素，即晶格畸变和原子缺陷的影响是同类型实验工作中无法探究的微观角度，无法直观地从实验结果中获得总结。本专利技术同时考察二者对电学性能的影响，提出了一种全新的高效、便捷、低成本的sic器件性能分析方法，这种综合分析方法更为全面，可以为同类型的实验工作提供坚实的理论基础。大大降低了实验中的试错成本，提高了结果可靠性。
23、（5）本专利技术在分析过程中，通过对不同形变范围的系统研究，确定了材料性能最佳的形变范围，填补了现有相关研究中的空白。
24、（6）本专利技术不仅研究了缺陷本身的影响，还探讨了材料不同层位引入缺陷的效果差异，这对实际应用具有重要意义。
25、（7）传统上，人们往往认为晶格畸变和原子缺陷单独对材料性能的影响已足够了解，但本专利技术强调了两者结合的重要性，打破了这种偏见。同时，通过系统的理论计算和模拟，本专利技术克服了在不同温度下准确预测sic电学性能变化的技术难题，为实际应用提供了坚实的理论基础。
26、以下将结合附图与具体的实施例对本专利技术进行详细的解释说明。
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1.基于第一性原理对变温半导体器件中SiC电学特性分析方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于第一性原理对变温半导体器件中SiC电学特性分析方法，其特征在于：步骤S1中，参数设定包括：动能截断设置为450eV；能量收敛标准为两个电子步之间的能量差值小于10-5eV；结构优化时两个离子步间的海尔曼费曼力残留小于0.02eV/Å；温度展宽设置为0.1eV；结构优化时使用5×5×3的Gamma-centered K点，计算态密度时使用7×7×5的Gamma-centered K点。
3.根据权利要求1所述的基于第一性原理对变温半导体器件中SiC电学特性分析方法，其特征在于：使用维也纳从头算仿真软件包进行DFT计算。
4.根据权利要求1所述的基于第一性原理对变温半导体器件中SiC电学特性分析方法，其特征在于：步骤S2中，设立晶格收缩30%至扩张30%的形变，每5%为一档来模拟由于较宽范围内温度变化产生的晶格畸变，分析态密度和带隙变化。
5.根据权利要求4所述的基于第一性原理对变温半导体器件中SiC电学特性分析方法，其特
6.根据权利要求1所述的基于第一性原理对变温半导体器件中SiC电学特性分析方法，其特征在于：步骤S3中，计算不同方向共同发生形变时的态密度和电荷密度，以分析自旋向上与自旋向下的对称性和带隙变化。
7.根据权利要求6所述的基于第一性原理对变温半导体器件中SiC电学特性分析方法，其特征在于：步骤S3中，计算不同方向分别发生形变时的态密度和电荷密度，探究畸变对材料的态密度影响最大的方向。
8.根据权利要求1所述的基于第一性原理对变温半导体器件中SiC电学特性分析方法，其特征在于：步骤S4中，统计在不同形变量下SiC及其各层分别引入硅缺陷和碳缺陷的内聚能，分析对材料的稳定性影响更大的元素和温度环境。
9.根据权利要求1所述的基于第一性原理对变温半导体器件中SiC电学特性分析方法，其特征在于：步骤S4中，计算晶格发生形变时，SiC及其各层在不同缺陷下的电荷密度和态密度，分析自旋向上与自旋向下的对称性和带隙变化。
10.根据权利要求1所述的基于第一性原理对变温半导体器件中SiC电学特性分析方法，其特征在于：步骤S5中，电学性能分析包括评估SiC的带隙变化、电子结构变化以及导电性能的变化。
...【技术特征摘要】
1.基于第一性原理对变温半导体器件中sic电学特性分析方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于第一性原理对变温半导体器件中sic电学特性分析方法，其特征在于：步骤s1中，参数设定包括：动能截断设置为450ev；能量收敛标准为两个电子步之间的能量差值小于10-5ev；结构优化时两个离子步间的海尔曼费曼力残留小于0.02ev/å；温度展宽设置为0.1ev；结构优化时使用5×5×3的gamma-centered k点，计算态密度时使用7×7×5的gamma-centered k点。
3.根据权利要求1所述的基于第一性原理对变温半导体器件中sic电学特性分析方法，其特征在于：使用维也纳从头算仿真软件包进行dft计算。
4.根据权利要求1所述的基于第一性原理对变温半导体器件中sic电学特性分析方法，其特征在于：步骤s2中，设立晶格收缩30%至扩张30%的形变，每5%为一档来模拟由于较宽范围内温度变化产生的晶格畸变，分析态密度和带隙变化。
5.根据权利要求4所述的基于第一性原理对变温半导体器件中sic电学特性分析方法，其特征在于：步骤s2中，计算统计各档晶格畸变sic在不同方向产生晶格畸变时内聚能变化，确定在不同方向产生晶格...
【专利技术属性】
技术研发人员：李顺，佟立凯，彭士涛，齐兆宇，于迅，邓孟涛，肖令，
申请(专利权)人：交通运输部天津水运工程科学研究所，
类型：发明
国别省市：
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