有机分子在半导体表面的结构与电子态

摘要

由于在分子和生物电子技术中的重要作用,有机／无机界面正在广泛的关注并研究着。金属表面同有机分子之间的界面已经进行了很多的研究,半导体表面Si／SiO2有机分子生长的研究可能更有价值:其一,半导体工业的发展让我们有了研究Si／SiO2表面有机分子生长的基础；其二,研究有机分子在Si／SiO2表面性质及有关结构能够更好的促进有机分子在半导体工业上的应用。
　　 由基本原理出发的第一性原理计算方法(ab initio)是同依赖于实验参数的半经验计算完全不同的方法。随着严格的密度泛函理论(DFT)的出现,人们便能够使用电子的密度来表示被研究对象的观察量,而理论的完善和更多更好的近似的出现,使得DFT的应用更加广泛。
　　 本文使用密度泛函对在理想的SiO2表面(100面)的几种并苯分子(萘,蒽,并四苯)进行了计算,从计算结果看出,并苯分子在理想的SiO2表面更倾向于平躺吸附,比起垂直吸附的最高吸附能(平躺的吸附能高0.6eV～1.2eV)。在平躺吸附的结构中,并苯分子中相邻的C原子同衬底的Si原子中的两个悬键结合,形成Si—C键,从而形成了稳定的蝴蝶形状结构的吸附。对另一种朝向的并苯分子来说,平躺的分子并没有强烈的扭曲而与衬底上的Si形成Si-C键,而是相对的保持着平面的形状。而分析垂直于衬底的并苯分子的吸附能计算结果,我们发现最高吸附能的并苯分子所对应的吸附位置是一样的。这是因为我们研究的是长条形的扁平分子,垂直吸附时,分子与衬底作用最强烈的是最靠近SiO2表面的几个原子,而在这几个并苯分子中,这些原子的排列结构非常接近,因此,吸附能最低的吸附位置也会是相同的。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

§1.1半导体工业背景

§1.2有机分子半导体器件

§1.2.1有机场效应管

§1.2.2有机场效应管的一些输运机制

§1.2.3发光有机场效应管

§1.3本文的主要研究内容,方法以及意义

§1.3.1有机分子薄膜的界面问题

§1.3.2金属表面的有机半导体分子

§1.3.3无机硅表面

§1.3.4半导体表面的环加成反应原理

§1.3.5研究有机分子半导体表面的意义、方法及可能的结果

参考文献

第二章 多体问题及第一性原理计算简介

§2.1多体问题处理

§2.1.1多体问题的Schr(o)dinger方程及Born-Oppenheimer近似

§2.1.2 Born-Oppenheimer近似下的氢原子解

§2.2变分原理及自洽场方程

§2.2.1变分原理

§2.2.2LCAO-MO方法

§2.2.3自洽场方程

参考文献

第三章 密度泛函理论简介

§3.1 DFT的建立

§3.1.1 DFT建立的背景及一些模型

§3.1.2密度泛函理论(DFT)及Hohenberg-Kohn定理

§3.1.3交换-关联能

§3.2 Kohn-Sham方程

§3.3 DFT的一些近似

§3.3.1局域泛函:LDA

§3.3.2半局域泛函:GEA,GGA及其它

§3.4以DFT为基础的Dmol3及其他相关软件简介

参考文献

第四章 有机分子在SiO2表面的结构与电子态

§4.1引言

§4.2计算软件及计算

§4.3结果与讨论

§4.4结论

参考文献

总结

致谢