碳化硅(SiC)是一种对生物体无害的宽带隙半导体,在高温、高频、高压环境下的电子器件和生物传感器方面有着广泛应用。[7] 实验上通过Si与多壁碳纳米管反应已成功制备出SiC纳米管。[8] 虽然所得到的SiC纳米管是多壁的,但大部分情况下相邻两壁的间距达到了4.5Å,远大于通常看到的多壁碳纳米管的壁间距3.4Å,表明多壁SiC纳米管的壁间耦合很微弱,每一层SiC纳米管可以近似看作单壁管。由于具有良好的热稳定性、较高的化学活性以及独立于手性的半导体特征,最近已有理论研究指出,SiC纳米管可以作为很多气体的传感器。就CO气体分子的探测而言,SiC纳米管表面的Si原子可以作为CO气体分子的吸附位,使得纳米管和CO分子之间发生明显电荷转移。[9] 然而,还有一些问题有待进一步考察和确定。比如,SiC纳米管具有不依赖于手性结构的半导体特性,CO分子的吸附如何影响纳米管的输运特性?实际条件下总是存在较多CO分子的聚集,CO吸附量的变化对纳米管的输运性质有何影响?在气体传感器的实际应用中,局部形变对传感器的探测灵敏度有何影响?源.自|751,:论`文'网www.751com.cn
本文中,我们采用基于第一性原理的量子输运计算,考察了CO吸附下SiC纳米管的输运性质和伏安特性(I-V特性),系统研究了CO浓度和SiC纳米管局部扭转形变对传感特性的影响。
2 理论方法
我们以单壁(7,0)zigzag型SiC纳米管为代表进行考察。类似的结构已多次被用于对SiC纳米管各种特性的研究中。理论上已证明,SiC纳米管的稳定结构是由Si原子和C原子交替排列构成。除了半径极小的纳米管外,所有SiC纳米管都是半导体,它们的带隙随着管径的增加而增大。相比较于armchair型SiC纳米管的间接带隙而言,zigzag型SiC纳米管具有直接带隙,更适合于实际应用。类似的结构已多次被用于对SiC纳米管各种特性的研究中。