Механизм образования углеродно-вакансионных структур в карбиде кремния при его росте методом замещения атомов

Изучен механизм образования углеродно-вакансионных структур в карбиде кремния SiC из кремниевых вакансий, которые неизбежно возникают при синтезе SiC из Si методом замещения атомов. Показано, что одному из 4 ближайших атомов углерода C выгодно переместиться на место кремниевой вакансии с понижением общей энергии на 1.5 eV в случае политипа 3C и 0.9–1.4 eV в случае политипа 4H. При этом атому C необходимо преодолеть активационный барьер величиной 3.1 eV в случае политипа 3С и 2.9–3.2 eV в случае политипа 4H. Данный переход осуществляется при синтезе SiC за счет тепловых флуктуаций, поскольку температура синтеза $T\approx$ 1200–1300$^\circ$C. Таким образом, углеродно-вакансионная структура представляет собой почти плоский кластер из 4 атомов C и связанную с ним углеродную вакансию с характерным диаметром $\sim$4 $\mathring{\mathrm{A}}$ на расстоянии 2.4 $\mathring{\mathrm{A}}$ от него. Методом упругих лент рассчитаны все характеристики данного превращения, а именно: энергетический профиль, путь превращения, переходное состояние, его частотный спектр, собственный вектор, отвечающий единственной отрицательной собственной частоте. Рассчитаны инфракрасный спектр (ИК) и диэлектрическая проницаемость SiC, содержащего углеродно-вакансионные структуры. Обнаруженная недавно новая линия 960 cm$^{-1}$ ИК спектра SiC, выращенного методом замещения атомов, на основании проведенных расчетов однозначно отождествлена с колебаниями атомов С в углеродно-вакансионных структурах. Сделан вывод о том, что углеродно-вакансионные структуры стабилизируют кубический политип SiC–3C.