瓦斯氣體在碳化硅表面的吸附動力學研究.pdf

1、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SiC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SiC(001)表面的吸附過程。使用Materials Studio軟件對吸附過程進行數值模擬，選取SiC(001)-(2×2)、SiC(001)-(3×2)和SiC(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

2、胞結構的四種不同吸附位置，分析了最佳吸附位置、空間結構參數變化、電子態(tài)密度、電荷轉移以及相應的軌道作用等吸附參量，并對氣體分子在SiC表面不同覆蓋度情況下的吸附特征做了簡短的比較，找出了其中最佳的吸附模型。選取 SiC(001)-(2×2)結構，在其表面分別摻雜濃度為0、0.25、0.5、0.75和1的鋁原子進行了比較研究，得出了在不同鋁原子的摻雜濃度下SiC結構的變化規(guī)律，其中以鋁原子摻雜濃度0.25為對象，研究CO分子在其表面四種不

3、同位置的吸附情況。考慮到CH4的空間結構特殊性，以SiC(001)-(3×3)表面為基底，通過搜索過渡態(tài)，研究CH4分子中四個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分子的吸附動力學規(guī)律。
　　對吸附結果分析可知，CO和CH3O分子在SiC(001)三種不同超晶胞結構表面吸附時發(fā)生了化學吸附，最穩(wěn)定吸附位置均為橋位，而隨覆蓋度增加，吸附能減少，SiC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

4、附中CO分子中原子的S態(tài)和P態(tài)與SiC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SiC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SiC(001)表面摻入不同比例的鋁原子后發(fā)現，隨著摻入鋁原子比例增加，晶胞的晶格常數變大，活性增強，且在其表面吸附CO后，相對于表面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。本文所得結論可以為稀