CN105354352A - 一种4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型及其构建方法和应用 - Google Patents

一种4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型及其构建方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型及其构建方法和应用。所述模型为4H-SiC六方晶胞的周期性重复结构，晶胞参数为： α＝90°，β＝90°，γ＝120°，所述晶胞由中心为硅原子的四面体构成，碳硅键长为所述模型上表面沿(0001)面向偏8°；所述模型以计算机辅助构建而成，方法步骤简单易行，其制作完全按照实际生产过程中对碳化硅表面的处理方法；本发明的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型可应用于碳化硅氧化原理、碳化硅欧姆接触、碳化硅外延等碳化硅材料与其他材料界面研究中，较通常使用的无偏角原子模型更接近于实际应用，研究结果与实际情况更接近，更具有参考价值。

Description

一种4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型及其构建方法和应用
技术领域
本发明涉及一种SiC材料的三维原子结构模型，具体涉及一种4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型及其构建方法和应用。
背景技术
碳化硅由于其临界场强高、禁带宽度大等特点，成为在大功率、高温、高压等应用领域广受欢迎的半导体材料。与同类硅器件相比，碳化硅器件的其比导通电阻小两个数量级，工作频率10倍于硅，辐射耐受量10倍于硅，单个器件可承受的电压可达硅器件的10倍，芯片功率密度可达硅器件的10倍到30倍，与硅模块比，碳化硅模块的体积重量可减少80％，系统损耗可降低30％到70％。人们期待着碳化硅的功率器件具有更高的物理和电学性能，更适合于大功率应用。
大部分SiC功率器件工作区的制备均是基于高质量的SiC外延片。SiC外延层生长时会形成不同的表面缺陷，较严重的是在4H-SiC外延生长过程中形成3C-SiC三角形包褒体，如果沿(0001)基面(±≤0.5°)或偏轴小于2°的4H-SiC晶片上外延生长，原子层间存在的平台会在平台中央成核而不是在SiC台阶边缘成核，而CVD外延生长温度相对较低，存在立方和六方多晶成核可能性。使用所谓的“台阶控制外延”方法可以改善外延生长的4H-SiC层质量，即采用从单晶上切割下来的沿(0001)面向面偏3°～8°的SiC晶片作为衬底材料。偏轴切割不仅在衬底表面形成大量的原子台阶，而且也会形成短小平台，偏轴越大，平台长度越小，材料在生长过程中更容易从气相达到表面台阶的合适位置，从而对衬底的多型进行再次生长而不形成另外的多型小岛。这种生长方法很好控制了衬底生长层的再次生长，减小了外延过程中缺陷的密度，得到的外延材料具有更高的结晶稳定性。通常制备碳化硅器件所用的碳化硅外延材料均是采用沿(0001)面向面偏8°的4H-SiC衬底材料外延生成的。
研究者们采用第一性原理分析碳化硅与介质层接触面的接触原理时发现，由于没有4H-SiC材料的8°偏角原子模型，一般采用无偏角的4H-SiC材料原子模型进行建模及仿真，这样得到的仿真模型与实际情况有偏差，仿真结果仅可作为理想情况下的参考。同样的在研究碳化硅外延生长过程时均采用无阶梯碳化硅表面，而实际上碳化硅衬底材料表面布满了台阶，外延生长过程中，吸附的原子或分子迁移到台阶处，在台阶处成核，延续了衬底的晶型。这是理论研究与实际情况的差异的另一缘由。另外，在外延生长过程中，台阶聚集会影响表面粗糙度增加，可以应用4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型进行控制台阶聚集的研究。因此需要构建4H-SiC材料的8°偏角单台阶及双台阶三维原子结构模型以满足现有技术的需要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型及其构建方法和在碳化硅氧化原理、碳化硅欧姆接触、碳化硅外延等碳化硅材料与其他材料界面研究中的应用，该模型更接近于实际应用，且建模方法简单，易于应用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型，所述模型为4H-SiC六方晶胞的周期性重复结构，晶胞参数为：α＝90°，β＝90°，γ＝120°，所述晶胞由中心为硅原子的四面体构成，碳硅键长为所述模型上表面沿(0001)面向偏8°。
所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型的第一优选方案，所述模型为单台阶或双台阶。
一种所述的4H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构模型的计算机辅助构建方法，所述方法包括：
(1)建立4H-SiC晶胞的三维原子结构模型；
(2)以步骤(1)所述模型为基准，建立4H-SiC的超晶胞模型；
(3)以硅面为上表面，沿(0001)面向偏8°做虚拟平面，平面落在从上表面开始的第一层和第二层碳-碳原子层间的部分向第一层碳原子层做垂直投影，投影部分的原子层构成第一层原子平台；
(4)平面落在第二层和第三层碳-碳原子层间的部分向第二层碳原子层做投影，投影部分的原子层构成第二层原子平台；
(5)以此方法类似，形成上表面8°偏角单台阶的原子结构，由于晶胞下表面不做研究对象，因此保留下表面原子结构；
(6)优化原子结构，得到4H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构模型。
所述的4H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构模型的计算机辅助构建方法的第一优选技术方案，所述4H-SiC晶胞的三维原子结构模型是直接从模型库调用或根据4H-SiC晶胞的空间群、晶格参数和原子坐标自行绘制。
所述的4H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构模型的计算机辅助构建方法的第二优选技术方案，所述4H-SiC的超晶胞模型是将4H-SiC晶胞在x、y和z方向三维周期重复，所述x、y和z向的数值是根据所需超晶胞的大小确定，例如可选择x＝12，y＝12，z＝2或x＝18，y＝18，z＝2等。
一种所述的4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型的计算机辅助构建方法，所述方法包括：
(1)建立4H-SiC晶胞的三维原子结构模型；
(2)以步骤(1)所述模型为基准，建立4H-SiC的超晶胞模型；
(3)以硅面为上表面，沿(0001)面向偏8°做虚拟平面，平面落在从上表面开始的第一层和第二层碳-碳原子层间的部分向第一层碳原子层做垂直投影，投影部分的原子层构成第一层原子平台；
(4)平面落在第二层和第三层碳-碳原子层间的部分向第二层碳原子层做投影，投影部分的原子层构成第二层原子平台；
(5)平面落在第三层和第四层碳-碳原子层间的部分向第三层碳原子层做投影，投影部分的原子层构成第三层原子平台；
(6)以此类似方法，形成上表面8°偏角双台阶的原子结构，由于晶胞下表面不做研究对象，因此保留下表面原子结构；
(7)优化原子结构，得到4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型。
所述的4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型的计算机辅助构建方法的第一优选技术方案，所述4H-SiC晶胞的三维原子结构模型是直接从模型库调用或根据4H-SiC晶胞的空间群、晶格参数和原子坐标自行绘制。
所述的4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型的计算机辅助构建方法的第二优选技术方案，所述4H-SiC的超晶胞模型是将4H-SiC晶胞在x、y和z方向三维周期重复，所述x、y和z向的数值是根据所需超晶胞的大小确定，例如可选择x＝12，y＝12，z＝2或x＝18，y＝18，z＝2等。
一种用所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型研究碳化硅外延生长的方法，所述方法包括：
(1)建立4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型；
(2)以硅面为吸附表面，在表面的不同位置放置硅原子，进行结构优化及形成能计算，比较出硅原子更易被吸附的位置(主要区分台阶附近与远离台阶处)；
(3)在有台阶的碳化硅表面的不同位置放置碳原子，进行结构优化及形成能计算，比较出碳原子更易被吸附的位置(主要区分台阶附近与远离台阶处)；
(4)再分别放置碳原子和硅原子，进行结构优化及形成能计算，分析碳化硅台阶流生长过程；
(5)根据计算机硬件运算能力，放置大量的碳原子和硅原子，进行结构优化及形成能计算，分析台阶流生长过程；
(6)原子数量大到一定量级后，利用分子动力学计算软件研究碳化硅台阶流外延生长过程。
所述的用4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型研究碳化硅外延生长的方法的第一优选技术方案，步骤(1)中所述4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型为双台阶时，步骤(5)中包括分析双小台阶生长成大台阶的原因。
所述的用4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型研究碳化硅外延生长的方法的第二优选技术方案，步骤(6)中所述研究碳化硅台阶流外延生长过程包括控制压力、控制温度和控制气体流量对台阶流生长的影响。
一种用所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型进行碳化硅表面缺陷的研究及控制方法，所述方法包括：
(1)建立4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型；
(2)在模型上建立缺陷，并优化其结构，计算形成能，得出缺陷形成的难易，分析台阶对缺陷形成的影响。
所述的用4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型进行碳化硅表面缺陷的研究及控制方法的第一优选技术方案，所述缺陷包括三角型缺陷、胡萝卜型缺陷、downfall或慧尾型缺陷。
一种用所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型进行碳化硅衬底缺陷对外延影响的研究及控制方法，所述方法包括：
(1)建立含有缺陷的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型；
(2)分别放置碳原子和硅原子，进行结构优化，计算形成能，分析碳化硅台阶流生长过程；
(3)优化缺陷处生长碳化硅外延后的结构，计算形成能，得出缺陷对外延过程的影响。
一种用所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型研究碳化硅氧化原理的方法，所述方法包括：
(1)建立4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型；
(2)以硅面为氧化界面，在其上施加第1个氧原子，进行结构优化及形成能比较分析；
(3)在氧化界面上施加第2个氧原子，进行结构优化及形成能比较分析；
(4)按类似方法，依次在氧化界面上施加N个氧原子，进行结构优化及形成能比较分析，所述N取决于计算机硬件运算能力及研究者需求，N越大越接近实际情况，运算时间越长；
(5)在已施加N个氧原子的基础上，优化结构，找到无定型氧化硅的结构，并计算界面处的能带，分析在氧化过程中形成高界面态密度的原因；
(6)建立各种不同的高界面态产生机理模型，计算台阶结构对高界面态的影响。
一种用所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构研究碳化硅欧姆接触的方法，所述方法包括：
(1)建立4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型；
(2)以硅面为欧姆接触界面，在界面上施加欧姆接触原子，所述欧姆接触原子为Ni、Al、Ti、Au和Pt中的一种或几种金属原子的组合；
(3)先放置1个金属原子，进行结构优化及形成能比较分析；
(4)再在界面上施加第2个金属原子，进行结构优化及形成能比较分析；
(5)按类似方法，依次在界面上施加N个金属原子，进行结构优化及形成能比较分析，所述N取决于计算机硬件运算能力及研究者需求，N越大越接近实际情况，运算时间越长；
(6)在已施加N个金属原子的基础上，优化结构，找到金属与碳化硅界面形成的化合物，并计算化合物的电阻，比较不同金属与碳化硅界面间产生化合物的比接触电阻，得出合适的欧姆接触金属；
(7)计算台阶结构对欧姆接触的影响。
与最接近的现有技术比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型在理论研究中较通常使用的无偏角原子模型更接近于实际应用，研究结果与实际情况更接近，更具有参考价值；
2)本发明的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型具有单台阶和双台阶两种，可用于控制台阶聚集的研究。
3)本发明的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型可应用于碳化硅氧化原理、碳化硅欧姆接触、碳化硅外延等碳化硅材料与其他材料界面研究中，应用广泛；
4)本发明的建模方法步骤简单易行，其制作完全按照实际生产过程中对碳化硅表面的处理方法，即沿(0001)面向偏8°对4H-SiC衬底材料表面进行切割实现。
附图说明
图1：本发明的4H-SiC晶胞原子模型的立体图和侧视图；
图2：本发明的4H-SiC超晶胞原子模型的侧视图，x＝18，y＝18，z＝2；
图3：本发明的以硅面为上表面，沿(0001)面向偏8°做虚拟平面，平面落在从上表面开始的第一层和第二层碳-碳原子层间的部分向第一层碳原子层做的投影，平面落在第二层和第三层碳-碳原子层间的部分向第二层碳原子层做的投影，平面落在第三层和第四层碳-碳原子层间的部分向第三层碳原子层做的投影；
图4：本发明的4H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构模型。
图5：本发明的4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型。
其中：1硅原子，2碳原子，3两层原子平台间的8°偏角，4以硅面为上表面，沿(0001)面向偏8°做的虚拟平面，5平面落在从上表面开始的第一层和第二层碳-碳原子层间的部分向第一层碳原子层做的投影，6平面落在第二层和第三层碳-碳原子层间的部分向第二层碳原子层做的投影，7平面落在第三层和第四层碳-碳原子层间的部分向第三层碳原子层做的投影。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种4H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构模型，其计算机辅助建模方法如下：
(1)建立4H-SiC晶胞的三维原子结构模型，如图1所示，4H-SiC晶胞的三维原子结构模型可直接从模型库调用，也可以根据4H-SiC晶胞的空间群、晶格参数、原子坐标自行绘制，4H-SiC材料具有六方结构的晶胞，具有晶格常数： α＝90°，β＝90°，γ＝120°；
(2)以4H-SiC晶胞为基准，建立4H-SiC的超晶胞模型，4H-SiC的超晶胞模型是4H-SiC晶胞在x、y和z方向三维周期重复，x、y和z向的数值可根据所需超晶胞的大小确定，例如可选择x＝12，y＝12，z＝2，如图2所示；
(3)以硅面为上表面，沿(0001)面向偏8°做虚拟平面，平面落在从上表面开始的第一层和第二层碳-碳原子层间的部分向第一层碳原子层做垂直投影，投影部分的原子层构成第一层原子平台；
(4)平面落在第二层和第三层碳-碳原子层间的部分向第二层碳原子层做投影，投影部分的原子层构成第二层原子平台；
(5)以此类似方法，形成上表面8°偏角原子结构，由于晶胞下表面不做研究对象，因此保留下表面原子结构；
(6)使用软件进行原子结构优化，得到优化的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型，模型具有与表1原子坐标基本符合的三维结构。
实施例2
一种4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型，其计算机辅助建模方法如下：
(1)建立4H-SiC晶胞的三维原子结构模型，如图1所示，4H-SiC晶胞的三维原子结构模型可直接从模型库调用，也可以根据4H-SiC晶胞的空间群、晶格参数、原子坐标自行绘制，4H-SiC材料具有六方结构的晶胞，具有晶格常数： α＝90°，β＝90°，γ＝120°；
(2)以4H-SiC晶胞为基准，建立4H-SiC的超晶胞模型，4H-SiC的超晶胞模型是4H-SiC晶胞在x、y和z方向三维周期重复，x、y和z的数值可根据所需超晶胞的大小确定，例如可选择x＝12，y＝12，z＝2，如图2所示；
(3)如图3所示，以硅面为上表面，沿(0001)面向偏8°做虚拟平面，平面落在从上表面开始的第一层和第二层碳-碳原子层间的部分向第一层碳原子层做垂直投影，投影部分的原子层构成第一层原子平台；
(4)平面落在第二层和第三层碳-碳原子层间的部分向第二层碳原子层做投影，投影部分的原子层构成第二层原子平台；
(5)平面落在第三层和第四层碳-碳原子层间的部分向第三层碳原子层做投影，投影部分的原子层构成第三层原子平台；
(6)以此类似方法，形成上表面8°偏角原子结构，由于晶胞下表面不做研究对象，因此保留下表面原子结构；
(7)使用软件进行原子结构优化，得到优化的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型。
实施例3
一种用4H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构进行碳化硅外延生长研究的方法如下：
(1)建立4H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构模型；
(2)以硅面为吸附表面，在表面的不同位置放置硅原子，进行结构优化及形成能计算，比较出硅原子更易被吸附的位置(主要区分台阶附近与远离台阶处)；
(3)同理，在有台阶的碳化硅表面的不同位置放置碳原子，进行结构优化及形成能计算，比较出碳原子更易被吸附的位置(主要区分台阶附近与远离台阶处)；
(4)再分别放置碳原子和硅原子，进行结构优化及形成能计算，分析碳化硅台阶流生长过程；
(5)根据计算机硬件运算能力，加入大量的碳原子和硅原子，进行结构优化及形成能计算，分析台阶流生长过程；
(6)原子数量大到一定量级后，可以利用分子动力学计算软件研究碳化硅台阶流外延生长过程，包括控制压力、控制温度、控制气体流量等因素对台阶流生长的影响。
实施例4
一种用4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构进行碳化硅外延生长研究的方法如下：
(1)建立4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型；
(2)以硅面为吸附表面，在表面的不同位置放置硅原子，进行结构优化及形成能计算，比较出硅原子更易被吸附的位置(主要区分台阶附近与远离台阶处)；
(3)同理，在有台阶的碳化硅表面的不同位置放置碳原子，进行结构优化及形成能计算，比较出碳原子更易被吸附的位置(主要区分台阶附近与远离台阶处)；
(4)再分别放置碳原子和硅原子，进行结构优化及形成能计算，分析碳化硅台阶流生长过程；
(5)根据计算机硬件运算能力，加入大量的碳原子和硅原子，进行结构优化及形成能计算，分析台阶流生长过程，双小台阶生长成大台阶的产生原因；
(6)原子数量大到一定量级后，可以利用分子动力学计算软件研究碳化硅台阶流外延生长过程，包括控制压力、控制温度、控制气体流量等因素对台阶流生长的影响。
实施例5
一种用4H-SiC材料8°偏角三维原子结构进行碳化硅表面缺陷的研究及控制方法如下：
(1)建立4H-SiC材料8°偏角单台阶或双台阶三维原子结构模型；
(2)在两种模型的基础上建立多种缺陷的可能，如：三角型缺陷、胡萝卜型缺陷、downfall、慧尾型缺陷等，并优化他们的结构，计算形成能，比较缺陷形成的难易，分析台阶对缺陷形成的影响。
实施例6
一种用4H-SiC材料8°偏角三维原子结构进行碳化硅衬底缺陷对外延影响的研究及控制方法如下：
(1)建立含有多种缺陷的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型；
(2)分别放置碳原子和硅原子，进行结构优化，计算形成能，分析碳化硅台阶流生长过程。
(3)优化缺陷处生长碳化硅外延后的结构，计算形成能，比较外延过程对缺陷的影响。
实施例7
一种用4H-SiC材料8°偏角三维原子结构进行碳化硅氧化原理研究的方法如下：
(1)建立4H-SiC材料8°偏角单台阶或双台阶三维原子结构模型；
(2)以硅面为氧化界面，在氧化界面上施加第1个氧原子，进行结构优化及反应能量分析；
(3)在氧化界面上施加第2个氧原子，进行结构优化及反应能量分析；
(4)按类似方法，依次在氧化界面上施加N个氧原子，进行结构优化及反应能量分析，N取决于计算机硬件运算能力及研究者需求，N越大越接近实际情况，运算时间越长。
(5)在已施加N个氧原子的基础上，优化结构，找到无定型氧化硅的结构，并计算界面处的能带，分析在氧化过程下高界面态密度的原因；
(6)建立各种不同的高界面态产生机理模型，计算台阶结构对高界面态的影响。
实施例8
一种用4H-SiC材料8°偏角三维原子结构进行碳化硅欧姆接触研究的方法如下：
(1)建立4H-SiC材料8°单台阶或双台阶偏角三维原子结构模型；
(2)以硅面为欧姆接触界面，在界面上施加不同的欧姆接触原子，可以是Ni、Al、Ti、Au、Pt等金属。
(3)先放置1个金属原子，进行结构优化及形成能比较分析；
(4)再在界面上施加第2个金属原子，进行结构优化及形成能比较分析；
(5)按类似方法，依次在界面上施加N个金属原子，进行结构优化及形成能比较分析，N取决于计算机硬件运算能力及研究者需求，N越大越接近实际情况，运算时间越长；
(6)在已施加N个金属原子的基础上，优化结构，找到金属与碳化硅界面形成的化合物，并计算化合物的电阻，比较不同金属与碳化硅界面间产生化合物的比接触电阻，找寻适合的欧姆接触金属；
(7)计算台阶结构对欧姆接触的影响。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
表14H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构原子坐标
TITLE CSi
CELL
3.081500 3.081500 10.061400 90.000000 90.000000 120.000000
SYMMETRY NUMBER 1
SYMMETRY LABEL P1
ATOMS

Claims (16)

1.一种4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型，所述模型为4H-SiC六方晶胞的周期性重复结构，晶胞参数为：α＝90°，β＝90°，γ＝120°，所述晶胞由中心为硅原子的四面体构成，碳硅键长为其特征在于，所述模型上表面沿(0001)面向偏8°。
2.根据权利要求1所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型，其特征在于，所述模型为单台阶或双台阶。
3.一种权利要求2所述的4H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构模型的计算机辅助构建方法，所述方法包括：
(1)建立4H-SiC晶胞的三维原子结构模型；
(2)以步骤(1)所述模型为基准，建立4H-SiC的超晶胞模型；
(3)以硅面为上表面，沿(0001)面向偏8°做虚拟平面，平面落在从上表面开始的第一层和第二层碳-碳原子层间的部分向第一层碳原子层做垂直投影，投影部分的原子层构成第一层原子平台；
(4)平面落在第二层和第三层碳-碳原子层间的部分向第二层碳原子层做投影，投影部分的原子层构成第二层原子平台；
(5)以此类似方法，形成上表面8°偏角单台阶的原子结构；
(6)优化原子结构，得到4H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构模型。
4.根据权利要求3所述的4H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构模型的计算机辅助构建方法，其特征在于，所述4H-SiC晶胞的三维原子结构模型是直接从模型库调用或根据4H-SiC晶胞的空间群、晶格参数和原子坐标自行绘制。
5.根据权利要求3所述的4H-SiC材料8°偏角单台阶三维原子结构模型的计算机辅助构建方法，其特征在于，所述4H-SiC的超晶胞模型是将4H-SiC晶胞在x、y和z方向三维周期重复，所述x、y和z向的数值是根据所需超晶胞的大小确定。
6.一种权利要求2所述的4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型的计算机辅助构建方法，所述方法包括：
(1)建立4H-SiC晶胞的三维原子结构模型；
(2)以步骤(1)所述模型为基准，建立4H-SiC的超晶胞模型；
(3)以硅面为上表面，沿(0001)面向偏8°做虚拟平面，平面落在从上表面开始的第一层和第二层碳-碳原子层间的部分向第一层碳原子层做垂直投影，投影部分的原子层构成第一层原子平台；
(4)平面落在第二层和第三层碳-碳原子层间的部分向第二层碳原子层做投影，投影部分的原子层构成第二层原子平台；
(5)平面落在第三层和第四层碳-碳原子层间的部分向第三层碳原子层做投影，投影部分的原子层构成第三层原子平台；
(6)以此类似方法，形成上表面8°偏角双台阶的原子结构；
(7)优化原子结构，得到4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型。
7.根据权利要求6所述的4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型的计算机辅助构建方法，其特征在于，所述4H-SiC晶胞的三维原子结构模型是直接从模型库调用或根据4H-SiC晶胞的空间群、晶格参数和原子坐标自行绘制。
8.根据权利要求6所述的4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型的计算机辅助构建方法，其特征在于，所述4H-SiC的超晶胞模型是将4H-SiC晶胞在x、y和z方向三维周期重复，所述x、y和z向的数值是根据所需超晶胞的大小确定。
9.一种用权利要求2所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型研究碳化硅外延生长的方法，所述方法包括：
(1)建立4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型；
(2)以硅面为吸附表面，在表面的不同位置放置硅原子，进行结构优化及形成能计算，比较出硅原子更易被吸附的位置；
(3)在有台阶的碳化硅表面的不同位置放置碳原子，进行结构优化及形成能计算，比较出碳原子更易被吸附的位置；
(4)再分别放置碳原子和硅原子，进行结构优化及形成能计算，分析碳化硅台阶流生长过程；
(5)根据计算机硬件运算能力，放置大量的碳原子和硅原子，进行结构优化及形成能计算，分析台阶流生长过程；
(6)原子数量大到一定量级后，利用分子动力学计算软件研究碳化硅台阶流外延生长过程。
10.根据权利要求9所述的用4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型研究碳化硅外延生长的方法，其特征在于，步骤(1)中所述4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型为双台阶时，步骤(5)中包括分析双小台阶生长成大台阶的原因。
11.根据权利要求9所述的用4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型研究碳化硅外延生长的方法，其特征在于，步骤(6)中所述研究碳化硅台阶流外延生长过程包括控制压力、控制温度和控制气体流量对台阶流生长的影响。
12.一种用权利要求2所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型进行碳化硅表面缺陷的研究及控制方法，所述方法包括：
(1)建立4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型；
(2)在模型上建立缺陷，并优化其结构，计算形成能，得出缺陷形成的难易，分析台阶对缺陷形成的影响。
13.根据权利要求12所述的用4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型进行碳化硅表面缺陷的研究及控制方法，其特征在于，所述缺陷包括三角型缺陷、胡萝卜型缺陷、downfall或慧尾型缺陷。
14.一种用权利要求2所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型进行碳化硅衬底缺陷对外延影响的研究及控制方法，所述方法包括：
(1)建立含有缺陷的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型；
(2)分别放置碳原子和硅原子，进行结构优化，计算形成能，分析碳化硅台阶流生长过程；
(3)优化缺陷处生长碳化硅外延后的结构，计算形成能，得出缺陷对外延过程的影响。
15.一种用权利要求2所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型研究碳化硅氧化原理的方法，所述方法包括：
(1)建立4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型；
(2)以硅面为氧化界面，在其上施加第1个氧原子，进行结构优化及形成能比较分析；
(3)在氧化界面上施加第2个氧原子，进行结构优化及形成能比较分析；
(4)按类似方法，依次在氧化界面上施加N个氧原子，进行结构优化及形成能比较分析，所述N取决于计算机硬件运算能力及研究者需求，N越大越接近实际情况，运算时间越长；
(5)在已施加N个氧原子的基础上，优化结构，找到无定型氧化硅的结构，并计算界面处的能带，分析在氧化过程中形成高界面态密度的原因；
(6)建立各种不同的高界面态产生机理模型，计算台阶结构对高界面态的影响。
16.一种用权利要求2所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构研究碳化硅欧姆接触的方法，所述方法包括：
(1)建立4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型；
(2)以硅面为欧姆接触界面，在界面上施加欧姆接触原子，所述欧姆接触原子为Ni、Al、Ti、Au和Pt中的一种或几种金属原子的组合；
(3)先放置1个金属原子，进行结构优化及形成能比较分析；
(4)再在界面上施加第2个金属原子，进行结构优化及形成能比较分析；
(5)按类似方法，依次在界面上施加N个金属原子，进行结构优化及形成能比较分析，所述N取决于计算机硬件运算能力及研究者需求，N越大越接近实际情况，运算时间越长；
(6)在已施加N个金属原子的基础上，优化结构，找到金属与碳化硅界面形成的化合物，并计算化合物的电阻，比较不同金属与碳化硅界面间产生化合物的比接触电阻，得出合适的欧姆接触金属；
(7)计算台阶结构对欧姆接触的影响。
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