本文關(guān)鍵詞：瓦斯氣體在碳化硅表面的吸附動(dòng)力學(xué)研究

  更多相關(guān)文章： 碳化硅(001)表面 吸附特征 瓦斯氣體 過渡態(tài)

【摘要】：碳化硅優(yōu)異的物化特性突出了它作為氣敏器件不二選擇的地位。本文工作以瓦斯氣體在Si C表面吸附為主要研究,其中除了選取CO分子和CH4分子為吸附氣體外,還考慮CH3O分子在Si C(001)表面的吸附過程。使用Materials Studio軟件對(duì)吸附過程進(jìn)行數(shù)值模擬,選取Si C(001)-(2×2)、Si C(001)-(3×2)和Si C(001)-(3×3)三種超晶胞模型吸附CO分子和CH3O分子,比較CO分子和CH3O分子在這三種不同超晶胞結(jié)構(gòu)的四種不同吸附位置,分析了最佳吸附位置、空間結(jié)構(gòu)參數(shù)變化、電子態(tài)密度、電荷轉(zhuǎn)移以及相應(yīng)的軌道作用等吸附參量,并對(duì)氣體分子在Si C表面不同覆蓋度情況下的吸附特征做了簡(jiǎn)短的比較,找出了其中最佳的吸附模型。選取Si C(001)-(2×2)結(jié)構(gòu),在其表面分別摻雜濃度為0、0.25、0.5、0.75和1的鋁原子進(jìn)行了比較研究,得出了在不同鋁原子的摻雜濃度下Si C結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律,其中以鋁原子摻雜濃度0.25為對(duì)象,研究CO分子在其表面四種不同位置的吸附情況。考慮到CH4的空間結(jié)構(gòu)特殊性,以Si C(001)-(3×3)表面為基底,通過搜索過渡態(tài),研究CH4分子中四個(gè)氫原子逐步分解后在碳化硅表面吸附的脫氫吸附,得到了各過渡態(tài)下CH4分子的吸附動(dòng)力學(xué)規(guī)律。對(duì)吸附結(jié)果分析可知,CO和CH3O分子在Si C(001)三種不同超晶胞結(jié)構(gòu)表面吸附時(shí)發(fā)生了化學(xué)吸附,最穩(wěn)定吸附位置均為橋位,而隨覆蓋度增加,吸附能減少,Si C禁帶寬度變寬,鍵長鍵角發(fā)生不規(guī)則的變化。由于能量相近,吸附中CO分子中原子的S態(tài)和P態(tài)與Si C中原子的S態(tài)和P態(tài)相互作用,CH3O分子中的S、P態(tài)和Si C表面的S態(tài)和P態(tài)相互作用,二者主要是C的S和P軌道參與作用。在Si C(001)表面摻入不同比例的鋁原子后發(fā)現(xiàn),隨著摻入鋁原子比例增加,晶胞的晶格常數(shù)變大,活性增強(qiáng),且在其表面吸附CO后,相對(duì)于表面Si原子,O原子更傾向于與Al原子發(fā)生相互作用。在CH4脫去一個(gè)氫原子變?yōu)榧谆虷原子的過程中能量最低而最穩(wěn)定,最不容易發(fā)生。本文所得結(jié)論可以為稀薄氣體檢測(cè)提供依據(jù),為以碳化硅為基底的傳感器研發(fā)提供理論指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：碳化硅(001)表面 吸附特征 瓦斯氣體 過渡態(tài)
【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】：2016
【分類號(hào)】：O647.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 緒論10-14
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 碳化硅表面研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 碳化硅表面吸附研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 碳化硅表面摻雜研究現(xiàn)狀12
• 1.2.4 存在不足12-13
• 1.3 主要研究內(nèi)容13-14
• 2 理論基礎(chǔ)及計(jì)算方法14-20
• 2.1 第一性原理概要14-18
• 2.1.1 Hartree-Fock近似14-15
• 2.1.2 密度泛函理論DFT(Density Functional Theory)15-17
• 2.1.3 贗勢(shì)方法17-18
• 2.1.4 確定化學(xué)反應(yīng)路徑和尋找過渡態(tài)的方法18
• 2.2 MS軟件及CASTEP模塊和DMol3介紹：18-20
• 2.2.1 CASTEP軟件包18-19
• 2.2.2 CASTEP的相關(guān)設(shè)置19
• 2.2.3 DMol3模塊介紹19-20
• 3 表面吸附和表面模型20-22
• 3.1 表面吸附20-21
• 3.1.1 表面吸附20
• 3.1.2 脫氫吸附20-21
• 3.2 計(jì)算模型的構(gòu)建21-22
• 4 CO分子在SiC(001)表面的吸附22-45
• 4.1 CO分子在SiC(001)-(2×2)表面的吸附22-28
• 4.1.1 SiC(001)-(2×2)以及CO分子在SiC(001)-(2×2)表面吸附的結(jié)構(gòu)22-23
• 4.1.2 CO分子在SiC(001)-(2×2)表面的吸附能及結(jié)構(gòu)參數(shù)變化23-24
• 4.1.3 CO分子在SiC(001)-(2×2)表面吸附時(shí)電荷轉(zhuǎn)移24-26
• 4.1.4 CO分子吸附在SiC(001)-(2×2)表面的態(tài)密度分析26-27
• 4.1.5 CO分子吸附在SiC(001)-(2×2)表面的前線軌道分析27-28
• 4.2 CO分子在SiC(001)-(3×2)表面的吸附28-34
• 4.2.1 SiC(001)-(3×2)結(jié)構(gòu)以及CO分子在SiC(001)-(3×2)表面吸附的結(jié)構(gòu)28-29
• 4.2.2 CO分子在SiC(001)-(3×2)表面的吸附能及結(jié)構(gòu)參數(shù)變化29-30
• 4.2.3 CO分子在SiC(001)-(3×2)表面吸附時(shí)電荷轉(zhuǎn)移30-32
• 4.2.4 CO分子吸附在SiC(001)-(3×2)表面的態(tài)密度分析32-33
• 4.2.5 CO分子吸附在SiC(001)-(3×2)表面的前線軌道分析33-34
• 4.3 CO分子在SiC(001)-(3×3)表面吸附34-39
• 4.3.1 SiC(001)-(3×3)及CO分子在SiC(001)-(3×3)表面吸附的結(jié)構(gòu)34-35
• 4.3.2 CO分子在SiC(001)-(3×3)表面的吸附能及結(jié)構(gòu)參數(shù)變化35
• 4.3.3 CO分子在SiC(001)-(3×3)表面吸附時(shí)電荷轉(zhuǎn)移35-37
• 4.3.4 CO分子吸附在SiC(001)-(3×3)表面的態(tài)密度分析37-38
• 4.3.5 CO分子吸附在SiC(001)-(3×3)表面的前線軌道分析38-39
• 4.4 CO分子以三種不同覆蓋度在SiC(001)表面的吸附情況比較39-40
• 4.5 摻入不同濃度鋁原子之后SiC(001)-(2×2）結(jié)構(gòu)40-42
• 4.5.1 摻入不同濃度鋁原子后SiC(001)-(2×2）結(jié)構(gòu)圖40-41
• 4.5.2 SiC(001)-(2×2)結(jié)構(gòu)摻入不同濃度鋁原子時(shí)電荷布居數(shù)及能量的比較41-42
• 4.6 表面摻雜鋁原子后不同吸附的結(jié)構(gòu)圖42-45
• 4.6.1 鋁原子摻雜比為 0.25時(shí)CO分子吸附在SiC(001)-(2×2)表面的結(jié)構(gòu)42
• 4.6.2 CO分子在鋁原子摻雜比 0.25的SiC(001)-(2×2)表面的吸附能及結(jié)構(gòu)參數(shù)變化42-43
• 4.6.3 CO分子在鋁原子摻雜比為 0.25時(shí)SiC(001)-(2×2)表面的態(tài)密度圖43-45
• 5 甲氧基分子在SiC(001)表面的吸附45-62
• 5.1 CH_3O分子在SiC(001)-(2×2)表面的吸附45-50
• 5.1.1 CH_3O分子在SiC(001)-(2×2)不同位置的吸附結(jié)構(gòu)45
• 5.1.2 CH_3O分子在SiC(001)-(2×2)表面的吸附能及結(jié)構(gòu)參數(shù)變化45-46
• 5.1.3 CH_3O分子在SiC(001)-(2×2)表面吸附時(shí)電荷轉(zhuǎn)移46-47
• 5.1.4 CH_3O分子吸附在SiC(001)-(2×2)表面不同位置的態(tài)密度47-49
• 5.1.5 CH_3O分子吸附在SiC(001)-(2×2)表面的前線軌道分析49-50
• 5.2 CH_3O分子在SiC(001)-(3×2)表面的吸附50-55
• 5.2.1 CH_3O分子在SiC(001)-(3×2)表面吸附結(jié)構(gòu)50
• 5.2.2 CH_3O分子在SiC(001)-(3×2)表面的吸附能及結(jié)構(gòu)參數(shù)變化50-51
• 5.2.3 CH_3O分子在SiC(001)-(3×2)表面吸附時(shí)電荷轉(zhuǎn)移51-52
• 5.2.4 CH_3O分子吸附在SiC(001)-(3×2)表面不同位置的態(tài)密度52-54
• 5.2.5 CH_3O分子吸附在SiC(001)-(3×2)表面的前線軌道分析54-55
• 5.3 CH_3O分子在SiC(001)-(3×3)表面的吸附55-60
• 5.3.1 CH_3O分子在SiC(001)-(3×3)表面吸附結(jié)構(gòu)55
• 5.3.2 CH_3O分子在SiC(001)-(3×3)表面的吸附能及結(jié)構(gòu)參數(shù)變化55-56
• 5.3.3 CH_3O分子在SiC(001)-(3×3)表面吸附時(shí)電荷轉(zhuǎn)移56-57
• 5.3.4 CH_3O分子吸附在SiC(001)-(3×3)表面不同位置的態(tài)密度57-59
• 5.3.5 CH_3O分子吸附在SiC(001)-(3×3)表面的前線軌道分析59-60
• 5.4 CH_3O分子以三種不同覆蓋度在SiC(001)表面的吸附情況比較60-62
• 6 CH4吸附在SiC(001)-(3×3)表面的脫氫吸附62-66
• 6.1 CH_4-CH_3+H62-63
• 6.2 CH_3-CH_2+H63-64
• 6.3 CH_2-CH+H64-65
• 6.4 CH-C+H65-66
• 7 結(jié)論與展望66-68
• 7.1 結(jié)論66-67
• 7.2 展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 附錄72

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 周鵬力;史茹倩;何靜芳;鄭樹凱;;B-Al共摻雜3C-SiC的第一性原理研究[J];物理學(xué)報(bào);2013年23期

2 張蓉;黃開有;張攀;陳書涵;;Cl~-在Al(100)表面吸附的密度泛函理論研究[J];粉末冶金材料科學(xué)與工程;2010年05期

3 張?jiān)?邵曉紅;王治強(qiáng);;3C-SiC材料p型摻雜的第一性原理研究[J];物理學(xué)報(bào);2010年08期

4 周繼承;鄭旭強(qiáng);劉福;;SiC薄膜材料與器件最新研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2007年03期

5 楊建華,張健;CO的分子結(jié)構(gòu)和形成配合物時(shí)的成鍵特征[J];濱州師專學(xué)報(bào);2000年04期

6 孫靜,孫偉燕,高濂,郭景坤;聚乙烯亞胺在SiC粉體上的定量吸附研究[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);2000年02期

，

本文編號(hào)：659080