發(fā)布時間：2020-05-08 05:41

【摘要】：Ni摻雜SiC器件將提高器件吸附目標氣體的效率,而混沌檢測可以提高測試氣體的靈敏性,二者的有機接合對于研發(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惰性使4H-SiC作為基底材料具有理論探索和現(xiàn)實應用意義,而混沌電路對于初值強敏感的特點為設計一種高靈敏度、低成本的傳感器提供了一種全新的思路。本文從理論計算和混沌檢測電路設計兩方面對Ni摻雜SiC氣敏型器件的氣體吸附性能進行了研究,具體內容包括以下幾個方面:基于密度泛函的第一性原理研究了 4H-SiC(001)面定位摻雜Ni的磁性與光學性質,分析了空間位置和摻雜比率對磁性和光學性質的影響規(guī)律。研究表明:對于二維SiC,摻雜前表面懸掛鍵和界面效應會產生弱磁性,且對比可知Ni定位取代Si的位置較C的位置形成的結構使體系更加穩(wěn)定。Ni原子同時取代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,主要是因為在摻雜偶數(shù)倍時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原子的電子結構、磁性與光學性質,發(fā)現(xiàn)在摻雜一個Ni與摻雜3Ni構成三角的時候自旋態(tài)密度出現(xiàn)了劈裂即產生了自旋極化的現(xiàn)象,而在摻雜前與摻雜2Ni和摻雜4Ni構成菱形時由于自旋阻挫的原因體系沒在表面出現(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)在費米能級附近。摻雜Ni原子后體系的導帶向低能量方向移動,并且?guī)稖p小。光學性質的計算表明Ni摻雜提高了體系的光電導,這一結果對氣體吸附器件的靈敏性和檢測多樣性研究提供了可能。在Ni摻雜穩(wěn)定結構上,研究了外加電場對Ni摻雜SiC氣敏型器件吸附CO與甲基的影響。在吸附氣體時加正向電場有利于吸附,相反則有利于氣體的脫附,因此可以通過調控電場的大小與方向達到氣體吸附或者脫附的目的。探究外加電場對于能帶帶隙的影響,發(fā)現(xiàn)在加正向電場時隨著電場強度的增加體系的帶隙增加,而在加負向電場時隨著強度的增加帶隙減小。因此說明不同方向、強度的電場具有調節(jié)帶隙以改善器件吸附的靈敏程度的功能�；贔PGA設計一種恒流式混沌測量電路來測量微小電阻變化。通過FPGA控制電容充放電斜率比使電路工作在混沌狀態(tài),根據混沌軌道距離變化計算出被測電阻阻值,建立起阻抗與氣體濃度的線性關系,同時通過LCD1602對測量電阻值進行實時的顯示。本文通過第一性原理計算研究了Ni摻雜改善SiC的電子結構、磁性、光學以及吸附氣體的規(guī)律,為以碳化硅為基底的傳感器研發(fā)提供理論指導。以FPGA為主控芯片設計的恒流式混沌檢測電路為通過檢測電阻值變化來檢測氣體濃度變化提供了借鑒。
【圖文】：

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

ulk C 在金剛石結構上計算得到的總能i 的值即μSi=μSibulk。C 原子的化學勢可以 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 原子后形成能計算sult of the formation of energy after the Ni athe C or Si atom.ModelCNiC-rich -4.6396 -7Si-rich -5.2656 -
【學位授予單位】：西安科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X831;TP212

【參考文獻】

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本文編號：2654216