瓦斯气体在碳化硅表面的吸附动力学研究
碳化硅优异的物化特性突出了它作为气敏器件不二选择的地位。本文工作以瓦斯气体在SiC表面吸附为主要研究，其中除了选取CO分子和CH4分子为吸附气体外，还考虑CH3O分子在SiC(001)表面的吸附过程。使用Materials Studio软件对吸附过程进行数值模拟，选取SiC(001)-(2×2)、SiC(001)-(3×2)和SiC(001)-(3×3)三种超晶胞模型吸附CO分子和CH3O分子，比较CO分子和CH3O分子在这三种不同超晶胞结构的四种不同吸附位置，分析了最佳吸附位置、空间结构参数变化、电子态密度、电荷转移以及相应的轨道作用等吸附参量，并对气体分子在SiC表面不同覆盖度情况下的吸附特征做了简短的比较，找出了其中最佳的吸附模型。选取 SiC(001)-(2×2)结构，在其表面分别掺杂浓度为0、0.25、0.5、0.75和1的铝原子进行了比较研究，得出了在不同铝原子的掺杂浓度下SiC结构的变化规律，其中以铝原子掺杂浓度0.25为对象，研究CO分子在其表面四种不同位置的吸附情况。考虑到CH4的空间结构特殊性，以SiC(001)-(3×3)表面为基底，通过搜索过渡态，研究CH4分子中四个氢原子逐步分解后在碳化硅表面吸附的脱氢吸附，得到了各过渡态下CH4分子的吸附动力学规律。 对吸附结果分析可知，CO和CH3O分子在SiC(001)三种不同超晶胞结构表面吸附时发生了化学吸附，最稳定吸附位置均为桥位，而随覆盖度增加，吸附能减少，SiC禁带宽度变宽，键长键角发生不规则的变化。由于能量相近，吸附中CO分子中原子的S态和P态与SiC中原子的S态和P态相互作用，CH3O分子中的S、P态和SiC表面的S态和P态相互作用，二者主要是C的S和P轨道参与作用。在SiC(001)表面掺入不同比例的铝原子后发现，随着掺入铝原子比例增加，晶胞的晶格常数变大，活性增强，且在其表面吸附CO后，相对于表面Si原子，O原子更倾向于与Al原子发生相互作用。在CH4脱去一个氢原子变为甲基和H原子的过程中能量最低而最稳定，最不容易发生。本文所得结论可以为稀薄气体检测提供依据，为以碳化硅为基底的传感器研发提供理论指导意义。
碳化硅;吸附特征;瓦斯气体;气敏器件;电子态密度
西安科技大学
硕士
物理电子学
炎正馨
2016
中文
TN304.92;TD712.55
71
2017-04-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）