【摘要】：Ni摻雜SiC器件將提高器件吸附目標(biāo)氣體的效率,而混沌檢測(cè)可以提高測(cè)試氣體的靈敏性,二者的有機(jī)接合對(duì)于研發(fā)新型、低濃度氣體傳感器具有十分重要的意義。碳化硅的寬帶隙和化學(xué)惰性使4H-SiC作為基底材料具有理論探索和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義,而混沌電路對(duì)于初值強(qiáng)敏感的特點(diǎn)為設(shè)計(jì)一種高靈敏度、低成本的傳感器提供了一種全新的思路。本文從理論計(jì)算和混沌檢測(cè)電路設(shè)計(jì)兩方面對(duì)Ni摻雜SiC氣敏型器件的氣體吸附性能進(jìn)行了研究,具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:基于密度泛函的第一性原理研究了 4H-SiC(001)面定位摻雜Ni的磁性與光學(xué)性質(zhì),分析了空間位置和摻雜比率對(duì)磁性和光學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。研究表明:對(duì)于二維SiC,摻雜前表面懸掛鍵和界面效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生弱磁性,且對(duì)比可知Ni定位取代Si的位置較C的位置形成的結(jié)構(gòu)使體系更加穩(wěn)定。Ni原子同時(shí)取代C原子比取代Si原子得到的磁矩大,奇數(shù)倍的取代較偶數(shù)倍取代得到的磁矩大,主要是因?yàn)樵趽诫s偶數(shù)倍時(shí)存在自旋選擇的阻挫,使總的磁矩減小。研究了在單層SiC中以特定形狀摻雜不同數(shù)量Ni原子的電子結(jié)構(gòu)、磁性與光學(xué)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)在摻雜一個(gè)Ni與摻雜3Ni構(gòu)成三角的時(shí)候自旋態(tài)密度出現(xiàn)了劈裂即產(chǎn)生了自旋極化的現(xiàn)象,而在摻雜前與摻雜2Ni和摻雜4Ni構(gòu)成菱形時(shí)由于自旋阻挫的原因體系沒(méi)在表面出現(xiàn)極化現(xiàn)象。由于d電子的局域性自旋態(tài)密度劈裂主要出現(xiàn)在費(fèi)米能級(jí)附近。摻雜Ni原子后體系的導(dǎo)帶向低能量方向移動(dòng),并且?guī)稖p小。光學(xué)性質(zhì)的計(jì)算表明Ni摻雜提高了體系的光電導(dǎo),這一結(jié)果對(duì)氣體吸附器件的靈敏性和檢測(cè)多樣性研究提供了可能。在Ni摻雜穩(wěn)定結(jié)構(gòu)上,研究了外加電場(chǎng)對(duì)Ni摻雜SiC氣敏型器件吸附CO與甲基的影響。在吸附氣體時(shí)加正向電場(chǎng)有利于吸附,相反則有利于氣體的脫附,因此可以通過(guò)調(diào)控電場(chǎng)的大小與方向達(dá)到氣體吸附或者脫附的目的。探究外加電場(chǎng)對(duì)于能帶帶隙的影響,發(fā)現(xiàn)在加正向電場(chǎng)時(shí)隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加體系的帶隙增加,而在加負(fù)向電場(chǎng)時(shí)隨著強(qiáng)度的增加帶隙減小。因此說(shuō)明不同方向、強(qiáng)度的電場(chǎng)具有調(diào)節(jié)帶隙以改善器件吸附的靈敏程度的功能�；贔PGA設(shè)計(jì)一種恒流式混沌測(cè)量電路來(lái)測(cè)量微小電阻變化。通過(guò)FPGA控制電容充放電斜率比使電路工作在混沌狀態(tài),根據(jù)混沌軌道距離變化計(jì)算出被測(cè)電阻阻值,建立起阻抗與氣體濃度的線性關(guān)系,同時(shí)通過(guò)LCD1602對(duì)測(cè)量電阻值進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示。本文通過(guò)第一性原理計(jì)算研究了Ni摻雜改善SiC的電子結(jié)構(gòu)、磁性、光學(xué)以及吸附氣體的規(guī)律,為以碳化硅為基底的傳感器研發(fā)提供理論指導(dǎo)。以FPGA為主控芯片設(shè)計(jì)的恒流式混沌檢測(cè)電路為通過(guò)檢測(cè)電阻值變化來(lái)檢測(cè)氣體濃度變化提供了借鑒。
【圖文】：

2 計(jì)算方法以及相關(guān)軟件介紹2 計(jì)算方法以及相關(guān)軟件介紹理概要中所有的計(jì)算采用的都是基于超軟贗勢(shì)的 GGA(Generaliz PBE (Perdew, Burke and Emzerhof) 的方法[24]。圖 2.1 給出了及他們的相互關(guān)系。由于組成物質(zhì)的多粒子系統(tǒng)非常復(fù)雜且題，那么對(duì)于計(jì)算過(guò)程做出合理的簡(jiǎn)化和近似就顯的十分重提出了多種近似方法，其中最簡(jiǎn)單的近似就是單電子近似方解問(wèn)題簡(jiǎn)化為單電子方程進(jìn)行計(jì)算求解的方法主要分為兩種和密度泛函理論方法[26]。

ulk C 在金剛石結(jié)構(gòu)上計(jì)算得到的總能i 的值即μSi=μSibulk。C 原子的化學(xué)勢(shì)可以 C 富集的情況下μC=μCbulk和μSi=μSiCbulk-μbulk bulk bulkf C Si SiC H SiC 所需要的能量。這里計(jì)算得到的 3.1 中列出了 Ni 分別取代 Si 與 C 的形 Si-rich 的情況 Ni 取代 Si 的形成能都定。 Ni 原子定位取代 C 或 Si 原子后形成能計(jì)算sult of the formation of energy after the Ni athe C or Si atom.ModelCNiC-rich -4.6396 -7Si-rich -5.2656 -
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：X831;TP212

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 陸安山;陸益民;;憶阻蔡氏對(duì)偶混沌電路分析[J];河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年02期

2 張律;;一種基于FPGA弱信號(hào)混沌測(cè)量方法[J];電子器件;2014年06期

3 陳憲鋒;沈小明;;克龍尼克—潘納模型的能帶結(jié)構(gòu)[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào);2011年11期

4 居健;吳雪梅;諸葛蘭劍;;ZnO基稀磁半導(dǎo)體磁性起源的探索[J];材料導(dǎo)報(bào);2007年12期

5 徐甲強(qiáng);韓建軍;孫雨安;謝冰;;半導(dǎo)體氣體傳感器敏感機(jī)理的研究進(jìn)展[J];傳感器與微系統(tǒng);2006年11期

6 佘生能,肖循,孫士平;混沌態(tài)電阻測(cè)量電路的改進(jìn)[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2005年09期

7 陳琢,錢(qián)鳴奇,童勤業(yè);混沌態(tài)電阻測(cè)量電路的研究[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2003年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王金銘;高精度混沌測(cè)量與混沌符號(hào)算法研究[D];浙江大學(xué);2005年

，

本文編號(hào)：2654216