多孔硅器件表面瓦斯氣體吸附動力學研究.pdf

1、納米多孔硅材料表面對氣體吸附的特異性使其在瓦斯氣體傳感器領域有廣泛的應用。本文以多孔硅表面瓦斯氣體吸附過程為研究對象，利用理論與實驗結合的方法研究瓦斯氣體與多孔硅材料表面相互作用過程，以期得到器件表面的物理和化學吸附規(guī)律，這將對于納米硅材料傳感器有很重要的研究意義。
　　氣敏元件設計中要考慮不同硅表面與氣體吸附濃度的依賴關系和同一表面的不同吸附位置與吸附穩(wěn)定性的關系。本文主要從硅吸附質表面形貌、表面對瓦斯氣體的物理和化學吸附過程進

2、行了相關分析。利用氣相色譜儀和物理化學吸附儀，分析了不同數(shù)量Si(311)表面對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程及不同溫度時甲烷氣體的化學吸附。理論方面，采用以密度泛函理論為基礎的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吸附。
　　物理吸附的實驗數(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、獨硅表面對甲烷氣體弱吸附作用。化學吸附的實驗展示的規(guī)律是60-80℃時甲烷氣不能與Si(311)表面發(fā)生化學吸附，在100℃時甲烷發(fā)生穩(wěn)定的化學吸附。理論模擬的結果顯示，甲烷在硅表面呈現(xiàn)各面異性，吸附位置、覆蓋率、距離對表面的影響較大，吸附角度對表面的影響小。CH4、CO同時物理吸附在表面，Si(311)對甲烷的敏感性更強?；瘜W吸附結果表明Si-C較強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鍵，電子云重構和