硅表面功能性分子组装的理论研究

论文摘要

随着现代微电子工业的快速发展，电子器件的尺寸变的越来越小。当硅片中氧化层（SiO2）厚度为几个原子层（约0.7nm）时，其绝缘性能将失效。因此，利用分子的电学性质制备分子器件已成为分子电子学的一个新的研究热点。本文应用量子化学方法研究了有机分子和金属离子与硅表面的相互作用，为研究有机功能分子与硅表面的反应机理和金属离子在硅表面的吸附提供了一定的理论基础。文章主要采用密度泛函理论（DFT）系统地研究了以下体系：1．SiH3自由基与含有不饱和官能团的有机化合物丙烯和乙酸的加成反应机理。比较发现，SiH3更易通过一个较低的能垒进攻丙烯的端基不饱和C原子，这一结论与实验结果相一致。2．应用DFT方法结合二阶微扰方法（MP2），研究了有机功能分子硝酮（nitrone）及其异构体与Si（100）表面的反应机理。结果表明，分子可以通过1，3-偶极环加成，H-迁移和[2+2]等反应历程组装到Si表面从而改变半导体的电化学性质。3．应用DFT，MP2方法并结合全活性空间多重组态（CASSCF）方法系统研究了水合Na+离子在Si（111）表面的吸附。研究结果表明，Na+与Si表面主要是静电作用和部分轨道相互作用，并且Si表面不同位置对Na+的吸附能力也各不相同，但是随着Na+结合的水分子数目的增加，不同吸附位却表现出相同的趋势，即结合能随水分子的增加而递减并最终趋于稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述和选题依据
• 1.1 前言
• 1.2 研究现状
• 1.21 有机分子与Si（100）和Si（111）表面反应的研究现状
• 1.22 金属粒子在Si（111）表面吸附的研究现状
• 1.3 本论文工作
• 参考文献
• 第二章 理论基础
• 2.1 概述
• 2.2 从头计算方法
• 2.2.1 从头计算方法的三个基本近似
• 2.2.2 从头计算方法的原理
• 2.3 密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）
• 2.4 赝势方法
• 参考文献
• 3自由基与丙烯和乙酸加成反应机理的理论研究'>第三章 SiH₃自由基与丙烯和乙酸加成反应机理的理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算方法
• 3.3 结果与讨论
• 3与丙烯的反应'>3.3.1 SiH₃与丙烯的反应
• 3与乙酸的反应'>3.3.2 SiH₃与乙酸的反应
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 硝酮与Si（100）-2×1表面加成反应的理论研究
• 4.1 引言
• 4.2 计算方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 硝酮分子在Si（100）表面的1,3-偶极环加成反应
• 4.3.2 羟胺异构体在Si（100）表面的加成反应
• 1）在Si（100）表面的ene反应'>4.3.2.1 乙烯基-羟胺（iso-N₁）在Si（100）表面的ene反应
• 2在Si（100）表面上的[2+2]环加成反应'>4.3.2.2 iso-m-N₂在Si（100）表面上的[2+2]环加成反应
• 4.4 小结
• 参考文献
• +和Na⁺（H₂O）_n（n=1-6）在Si（111）表面吸附的理论研究'>第五章 Na⁺和Na⁺（H₂O）_n（n=1-6）在Si（111）表面吸附的理论研究
• 5.1 引言
• 5.2 计算方法
• 5.3 结果与讨论
• +在Si（111）表面的吸附'>5.3.1 Na和Na⁺在Si（111）表面的吸附
• +（H₂O）_n在Si（111）表面的吸附'>5.3.2 Na⁺（H₂O）_n在Si（111）表面的吸附
• 5.4 小结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢