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2H-SiC纳米线理论计算及其溶剂热法的制备

作　者: 李晓妮
导　师: 赵武
学　校: 西北大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 2H-SiC 第一性原理 溶剂热法
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
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内容摘要


碳化硅(SiC)材料具有宽禁带、高电子迁移率、高击穿场强等特性,使其在高温、高频、大功率和光电子等器件中拥有广阔的应用前景。目前碳化硅的研究主要集中在六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构两类的合成和性能分析方而。本文的主要工作是在理论计算和实验室合成两个方面对六方纤锌矿结构的2H-SiC晶体材料进行初步探究。一、理论计算基于密度泛函理论第一性原理的方法,采用Materials Studio5.0的CASTEP软件包对2H-SiC体材料体系、2H-SiC纳米线体系以及掺杂2H-SiC纳米线体系进行建模和计算：1、通过对2H-SiC体材料的收敛性测试,优化出适合2H-SiC材料的计算参数,如赝势方法为超软赝势、关联函数为Perdew Wang(1991),K点为7×7×4,截断能为340eV等,这些参数为2H-SiC纳米线材料的研究奠定了基础。2、通过对不同直径的本征2H-SiC纳米线体系的计算研究,结果表明：在一定范围内,随着纳米线直径的增加,本征2H-SiC纳米线体系发生蓝移现象,介电常数也略微增加,光吸收特性也随之略微增强。3、通过对掺杂(掺杂元素为B.N.Al.P)2H-SiC纳米线体系的计算研究,结果表明：B.N.Al三种元素的单一掺入,体系的导电性能均得到提高；P元素的掺入,对体系导电性能贞献较小；四种不同掺杂元素分别掺入后,掺杂体系禁带宽度均减小,吸收谱均发生红移现象,且静态介电常数均有所增加,起重Al贡献较大。二、实验采用溶剂热法以硅粉为硅源、无水乙醇为碳源、镁粉为催化剂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为辅助催化剂低温制备2H-SiC纳米线晶体材料。利用X射线衍射仪(XRD). X射线能量色散谱(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)等分析手段对所制备样品进行了表征。结果表明：PVP的引入有利于2H-SiC晶体的生成,且在360℃处生长较好；样品元素主要为C元素和Si元素,形貌以片状为主，线状结构较少。优化后的工艺是：硅粉为0.8g,无水乙醇为15ml,镁粉为2.5g,PVP为0.5g,温度为360℃,反应时间为15.5小时。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 2H-SiC材料的品体结构和基本性质  9-12
    1.1.1 2H-SiC晶体结构  9-11
    1.1.2 2H-SiC的基本性质  11
    1.1.3 一维SiC纳米线材料的性能及应用  11-12
  1.2 2H-SiC材料的研究现状  12-13
    1.2.1 理论模拟研究现状  12-13
    1.2.2 实验研究现状  13
  1.3 2H-SiC微纳米晶体材料的制备方法  13-15
  1.4 本文研究内容  15-17
第二章 理论计算方法及2H-SiC体材料的理论计算  17-29
  2.1 第一性原理与计算方法简介  17-22
    2.1.1 Born-Oppenheimer近似和Hartree-Fook近似  17-18
    2.1.2 密度泛函理论  18-20
    2.1.3 赝势平面波理论  20-21
    2.1.4 CASTEP软件包简介  21-22
  2.2 2H-SiC体材料理论模型和计算方法  22-24
    2.2.1 理论模型  22
    2.2.2 计算方法  22-24
  2.3 结果分析  24-27
    2.3.1 晶体结构分析  24-25
    2.3.2 Mulliken布局分析  25-26
    2.3.3 能带结构和态密度分析  26-27
  2.4 小结  27-29
第三章 2H-SiC纳米线材料光学性质研究  29-41
  3.1 理论模型和计算方法  29-32
    3.1.1 理论模型  29-30
    3.1.2 计算方法  30-32
  3.2 结果分析  32-39
    3.2.1 几何结构和稳定性分析  32-34
    3.2.2 能带结构和态密度分析  34-36
    3.2.3 光学性质分析  36-39
  3.3 小结  39-41
第四章 掺杂2H-SiC纳米线材料光学性质研究  41-53
  4.1 理论模型和计算方法  41-42
    4.1.1 理论模型  41-42
    4.1.2 计算方法  42
  4.2 结果分析  42-51
    4.2.1 几何结构和稳定性分析  42-43
    4.2.2 能带结构和态密度分析  43-47
    4.2.3 光学性质分析  47-51
  4.3 小结  51-53
第五章 2H-SiC的溶剂热法制备  53-63
  5.1 2H-SiC制备工艺设计  53-55
    5.1.1 实验方案和流程  53-54
    5.1.2 实验原料和设备  54-55
    5.1.3 实验结果表征方法  55
  5.2 2H-SiC的合成和表征分析  55-61
    5.2.1 以温度为单因素实验  55-56
    5.2.2 实验分析与表征  56-61
  5.3 小结  61-63
第六章 总结与展望  63-65
  6.1 工作总结  63-64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-73
攻读硕士期间取得的学术成果  73-75
致谢  75

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