Abstract Impurities play a major role in identifying the most enhanced defect-levels induced in 4H–SiC. Among the important n- and p-type dopants in SiC are the P and Al, respectively. The P and Al dopants modify the 4H–SiC electronic structure and induce notable defect-levels which may influence the host's performance. In this report, the Heyd, Scuseria and Ernzerhof hybrid functional was used to predict the energetic, stability, electronic properties and defect levels induced by P and Al substitutional pair in 4H–SiC. The PSiAlSi configurations of the P and Al substitutional pair in 4H–SiC in its neutral charge state, under equilibrium conditions, is more energetically favourable with a formation energy of 0.21 eV. The substitution of P and Al pair in 4H–SiC for the different configurations are energetically stable with respect to their binding energies. The PSiAlC configuration with respect to its binding energy shown low tendency to dissociate into a non-interacting defects with an energy of 4.00 eV compared to other defects. Defect levels were induced by the P and Al substitutional pair in 4H–SiC. A deep ( + 2/ + 1) level and shallow ( + 1/0) and (0/ − 1) levels were predicted for the PCAlC and PCAlSi. In all defect configurations, the (0/ − 1) defect level was found to be close to the conduction band minimum. The results of this report provide frontier insight for the synthesis of the substitution of P and Al pair in 4H–SiC.

中文翻译：

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4H-SiC 中 Al 和 P 对取代引起的稳定性、电子和缺陷能级

摘要 杂质在识别 4H-SiC 中诱导的最大缺陷水平方面起着重要作用。SiC 中重要的 n 型和 p 型掺杂剂分别是 P 和 Al。P 和 Al 掺杂剂改变了 4H-SiC 电子结构并引起显着的缺陷水平，这可能会影响主体的性能。在本报告中，Heyd、Scuseria 和 Ernzerhof 混合泛函用于预测 4H-SiC 中 P 和 Al 置换对引起的能量、稳定性、电子特性和缺陷水平。在平衡条件下，4H-SiC 中 P 和 Al 置换对的 PSiAlSi 构型在其中性电荷状态下在能量上更有利，形成能为 0.21 eV。4H-SiC 中 P 和 Al 对对不同构型的替代就其结合能而言在能量上是稳定的。与其他缺陷相比，PSiAlC 配置在其结合能方面显示出较低的解离成非相互作用缺陷的趋势，能量为 4.00 eV。缺陷水平是由 4H-SiC 中的 P 和 Al 置换对引起的。预测 PCAlC 和 PCAlSi 的深 (+2/+1) 能级和浅 (+1/0) 和 (0/-1) 能级。在所有缺陷配置中，发现 (0/ - 1) 缺陷水平接近导带最小值。该报告的结果为合成 4H-SiC 中 P 和 Al 对的取代提供了前沿见解。与其他缺陷相比，PSiAlC 配置在其结合能方面显示出较低的解离为能量为 4.00 eV 的非相互作用缺陷的趋势。缺陷水平是由 4H-SiC 中的 P 和 Al 置换对引起的。预测 PCAlC 和 PCAlSi 的深 (+2/+1) 能级和浅 (+1/0) 和 (0/-1) 能级。在所有缺陷配置中，发现 (0/ - 1) 缺陷水平接近导带最小值。该报告的结果为合成 4H-SiC 中 P 和 Al 对的取代提供了前沿见解。与其他缺陷相比，PSiAlC 配置在其结合能方面显示出较低的解离为能量为 4.00 eV 的非相互作用缺陷的趋势。缺陷水平是由 4H-SiC 中的 P 和 Al 置换对引起的。预测 PCAlC 和 PCAlSi 的深 (+2/+1) 能级和浅 (+1/0) 和 (0/-1) 能级。在所有缺陷配置中，发现 (0/ - 1) 缺陷水平接近导带最小值。该报告的结果为合成 4H-SiC 中 P 和 Al 对的取代提供了前沿见解。发现 (0/ − 1) 缺陷水平接近导带最小值。该报告的结果为合成 4H-SiC 中 P 和 Al 对的取代提供了前沿见解。发现 (0/ − 1) 缺陷水平接近导带最小值。该报告的结果为合成 4H-SiC 中 P 和 Al 对的取代提供了前沿见解。