Elektronische Struktur von Silizium-karbid-Polytypen untersucht mit Weichröntgenspektroskopie

Wir haben mit Hilfe von Weichröntgenspektroskopie die elektronische Struktur von drei Siliziumkarbidpolytypen 3C, 6H und 4H untersucht. Um die unbesetzten Zustände zu spektroskopieren, haben wir Weichröntgenabsorptionsmessungen an der Si L$_{2,3}$-Absorptionskante durchgeführt. Dabei zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen den Polytypen. Auch die Energiewerte der Absorptionskanten wichen voneinander ab. Wir haben das Ergebnis mit jüngsten Berechnungen der totalen DOS für die drei Polytypen verglichen und gute Übereinstimmung festgestellt. Um die besetzten Zustände zu untersuchen, haben wir SXE-Spektren sowohl von der C K- als auch von der Si L$_{2,3}$-Emission aufgenommen. Dabei zeigte sich eine Abhängigkeit der Spektren von der Anregungsenergie. Die energetisch hochangeregten Spektren ergaben ein Abbild der C p- bzw. der Si s- und d-LPDOS des Valenzbandes. Im Unterschied zu den Leitungsbandzuständen ergaben sich in beiden Fällen nur kleine Unterschiede zwischen den Polytypen. Da gut definierte einkristalline Proben der einzelnen SiC-Polytypen, wie wir sie verwenden konnten, erst seit kurzer Zeit zur Verfügung stehen, waren diese Unterschiede in der Literatur vorher nicht beobachtet worden. Aus den Meßwerten der L$_{3}$-Absorptions- und -Emissionskante konnte die Bandlücke ermittelt werden, die mit einem Fehler von $\pm$ 0,1 eV für 3C 2,2 eV, für 6H 2,87 eVund für 4H 3,29 eV ergibt. Dies stimmt gut mit der Literatur überein. Die Abhängigkeit der Emissionsspektren von der Anregungsenergie ist auf einen kohärenten Anteil von resonanter inelastischer Streuung (XRIS) in den Spektren zurückzuführen. Bei dieser Streuung ist der Impuls k erhalten. Im Weichröntgenbereich besitzen deswegen im Endzustand das Leitungselektron und das Valenzbandloch den gleichen k-Wert. Damit ist die Untersuchung der Bänder in Abhängigkeit von k möglich. Nachdem bereits Silizium sowie Diamant und Graphit mit XRIS spektroskopiert worden sind, lag es nahe auch Siliziurnkarbid auf diese Weise zu untersuchen. Mit Hilfe der energetisch hochangeregten Spektren konnte der kohärente Anteil als XRIS-Spektrum bestimmt werden. Dieser Anteil nahm mit anwachsender Anregungsenergie ab, wobei diese Abnahme bei Si L-Streuung deutlich stärker war. Für die drei Polytypen ergaben sich sehr unterschiedliche Spektren. Für Anregungsenergien an der C K-Absorptionskante konnte für 3C-SiC ein einzelner Peak im oberen Valenzband beobachtet werden, bei 6H und 4H kamen weitere Peaks und Strukturen hinzu. Für Anregungsenergien an der Si L$_{3}$-Absorptionskante konnte in allen [...