Dynamical simulation of SiO/4H-SiC(0001) interface oxidation process; From first-principles

第一原理計算によるSiO/4H-SiC(0001)界面酸化過程の動的シミュレーション

大沼 敏治*; 宮下 敦巳; 岩沢 美佐子*; 吉川 正人; 土田 秀一*

Onuma, Toshiharu*; Miyashita, Atsumi; Iwasawa, Misako*; Yoshikawa, Masahito; Tsuchida, Hidekazu*

平面波近似とスーパーセルモデルを用い、SiO/4H-SiC(0001)酸化過程の第一原理分子動力学計算による動的シミュレーションを行った。反応の初期構造の生成には加熱・急冷法を用いた。この初期構造は界面ダングリングボンドのないSiO/SiC構造である。酸化反応の引き金とするために、界面付近のSiC層に炭素空孔を導入した。酸化反応シミュレーションは界面付近の空隙に酸素分子を一つずつ置いて行くことによって行った。酸化反応シミュレーションは2500Kの下で行った。酸素分子は解離しSiO中のSi原子と結合を組み、また、界面付近にいるSiC層中のSi原子も酸化されSiO層を形成した。界面欠陥の候補の一つと考えられている炭素クラスタ構造が界面に形成され、さらに、酸素分子は炭素クラスターと反応しCO分子を形成した。

We performed the dynamical simulation of the SiO/4H-SiC(0001) interface oxidation process using first-principles molecular dynamics based on plane waves and the slab model supercells method. The heat-and-cool method is used to prepare the initial interface structure. In this structure, there is no transition oxide layer or dangling bond at the SiO/SiC interface. As the trigger of the oxidation process, the carbon vacancy is introduced in the SiC layer near the interface. The oxygen molecules are added one by one to the empty sphere in the SiO layer near the interface in the oxidation process simulation. The molecular dynamics simulation is carried out at 2500 K. The oxygen molecule is dissociated and forms bonds with the Si atom in the SiO layer. The atoms of Si in the SiC layer at the SiO/4H-SiC(0001) interface are oxidized. Carbon clusters are formed in the interface layer. Oxygen molecules react with the carbon clusters and formed CO molecules.