多孔硅器件表面瓦斯氣體吸附動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、納米多孔硅材料表面對(duì)氣體吸附的特異性使其在瓦斯氣體傳感器領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。本文以多孔硅表面瓦斯氣體吸附過(guò)程為研究對(duì)象，利用理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法研究瓦斯氣體與多孔硅材料表面相互作用過(guò)程，以期得到器件表面的物理和化學(xué)吸附規(guī)律，這將對(duì)于納米硅材料傳感器有很重要的研究意義。
　　氣敏元件設(shè)計(jì)中要考慮不同硅表面與氣體吸附濃度的依賴(lài)關(guān)系和同一表面的不同吸附位置與吸附穩(wěn)定性的關(guān)系。本文主要從硅吸附質(zhì)表面形貌、表面對(duì)瓦斯氣體的物理和化學(xué)吸附過(guò)程進(jìn)

2、行了相關(guān)分析。利用氣相色譜儀和物理化學(xué)吸附儀，分析了不同數(shù)量Si(311)表面對(duì)瓦斯氣的物理吸附的影響；恒溫下不同濃度的甲烷氣體吸附過(guò)程及不同溫度時(shí)甲烷氣體的化學(xué)吸附。理論方面，采用以密度泛函理論為基礎(chǔ)的material studio軟件分析CH4、CO分子在不同硅表面、不同吸附位置的物理和化學(xué)吸附。
　　物理吸附的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明由于多孔硅表面介孔分布較多，甲烷氣在多孔硅表面的物理吸附是較弱的穩(wěn)定吸附。隨著硅片數(shù)量的增加，可以改善單

3、獨(dú)硅表面對(duì)甲烷氣體弱吸附作用?；瘜W(xué)吸附的實(shí)驗(yàn)展示的規(guī)律是60-80℃時(shí)甲烷氣不能與Si(311)表面發(fā)生化學(xué)吸附，在100℃時(shí)甲烷發(fā)生穩(wěn)定的化學(xué)吸附。理論模擬的結(jié)果顯示，甲烷在硅表面呈現(xiàn)各面異性，吸附位置、覆蓋率、距離對(duì)表面的影響較大，吸附角度對(duì)表面的影響小。CH4、CO同時(shí)物理吸附在表面，Si(311)對(duì)甲烷的敏感性更強(qiáng)?；瘜W(xué)吸附結(jié)果表明Si-C較強(qiáng)的鍵合作用使得甲烷分子離解為甲基和H原子，分別與硅表面原子形成新的化學(xué)鍵，電子云重構(gòu)和