摘要
碳化硅(SiC)作为一种具有宽带隙和高频的第三代半导体材料，具有无毒无污染、原料丰富易得、制备成本低等优点，引起了相关研究人员的广泛关注。目前SiC在自旋电子学、气体传感器、激光材料、基体生长以及稀磁半导体等方面具有广泛的应用前景。本文基于密度泛函(DFT)理论，研究了在具有掺杂缺陷情况下块体3C-SiC的磁性与光学性质；又接着研究了层状SiC对气体小分子(CH4,CO)的吸附，得到的结果如下： (1)研究了Cr,Fe,Mn,Co单掺3C-SiC和(Cr,Fe)、(Mn,Co)共掺3C-SiC的电子结构和磁性能。计算结果显示：掺杂原子的半径与体系的晶格畸变是有关联的；单个原子的磁矩是由掺杂原子的自由电子个数决定的；对于共掺形成Cr:3d-C:2p-Fe:3d态耦合链，即磁性来源于Cr:3d，Fe:3d和C:2p态之间的强杂化。而(Mn,Co)共掺杂3C-SiC的铁磁性来源是由相邻的C原子与Mn和Co原子之间的p-d杂化引起的。另外引入VSi这一缺陷，发现其对(Mn,Co)掺杂的铁磁影响不大，但会增强(Cr,Fe)共掺杂体系的铁磁稳定性。 (2)通过对Cr、Fe、Mn、Co掺杂以及(Cr,Fe)、(Mn,Co)共掺3C-SiC体系的电子结构以及光学性能进行计算，得到结论如下：在单掺杂后体系的带隙值中，掺杂原子最外层电子决定带隙值的变化。而对于共掺杂体系，由于在禁带区被很多杂质能级占据，材料电导率得到显著提高未见有带隙出现。对于掺杂体系的光学性质，相对与本征体系，掺杂体系的静介电函数较高，而且其介电常数也提高了。在光学吸收与损耗方面，掺杂体中Cr掺杂不仅具有较好的光吸收能力，而且光学损耗较低且低于本征体系。 (3)研究了不同层数SiC(111)表面对CH4、CO吸附的影响。研究发现，CH4分子吸附在三层SiC(111)的表面时吸附效果最好，其吸附方式为物理吸附。而CO分子吸附在SiC(111)表面时，CO分子的O原子吸附在紧邻表面Si位点的正上方时最稳定，吸附能为-1.24eV，吸附距离为1.32?，为化学吸附。Mulliken分布和DOS分布的研究表明，CO分子的吸附可以改变SiC(111)表面的电学性能。因此，与单层和双层SiC(111)吸附相比，三层SiC(111)的吸附能普遍较大，表明CH4、CO分子容易吸附在三层SiC(111)表面。
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