有机化合物在Si(100)表面反应机理的研究

摘要

现代硅基微芯片加工工艺主要采用自上而下的传统模式，把器件越做越小。根据摩尔定律，当器件尺寸比临界尺寸小时，传统半导体工艺将不再适用。因此，利用分子的电学性质研究制备分子器件已成为当今分子电子学的一个新的热点。在实验蓬勃发展的同时，理论工作者也发展了各种理论模型和方法，较成功地解释了实验测量到的各种现象，甚至又从理论上又设计了一些模型分子器件。 本论文主要是通过密度泛函理论分别研究了各种有机小分子化合物在Si(100)表面的反应机理，这些工作将为有机小分子化合物在Si(100)表面的反应提供一定的理论基础。本论文主要由一下四章组成。 我们在第一章中简要回顾了分子电子学的发展历史以及当前的研究现状。在对近年来分子电子学的研究状况做了简要论述之后，侧重描述了分子电子学里几个常用的概念，如分子开关、分子整流器、ene反应等。之后我们介绍了一些研究较多的分子体系以及它们电子输运特性，如整流、负微分电导和开关效应以及一些有机小分子在Si(100)表面的反应机理。 第二章给出本论文采用的理论计算方法。在本章的前半部分里我们首先简要综述了量子化学的发展，后半部分介绍了电子密度泛函理论、从头计算方法原理、赝势价轨道从头计算法第三章应用DFT方法利用高斯软件研究了羰基化合物在Si(100)表面的吸附反应。通过研究发现，羰基化合物在si(100)表面的反应有两条反应路径，即[2+2]加成反应与ene反应。ene反应路径更容易进行。反应为热力学控制。 第四章应用DFT方法利用高斯软件研究了酰胺在Si(100)表面的吸附反应。研究结果表明，酰胺在Si(100)表面发生吸附反应时，有两条反应路径，一是先生成Si-O悬挂键的中间体，进而经过一个过渡态后得到ene产物，第二条路径是先生成Si-N悬挂键的中间体，然后经过一个过渡态后得到ene产物。两条路径相比较，前者更容易进行。 第五章简要的讨论了苯及其同系物在Au电极之间的电导性。通过比较发现，分子优化后得到的电流与未优化的比较，差距比较大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述和选题依据

1.1前　言

1.2研究现状

1.2.1有机分子与Si(100)表面反应的研究现状

1.2.2苯分子及其同系物的电导性研究

1.3 本论文研究内容及创新

参考文献

第二章理论方法

2.1概述

2.2从头计算方法原理

2.3密度泛函理论(Density Functional Theory，DFT)

2.4赝势价轨道从头计算法

参考文献

第三章醛酮化合物在Si(100)表面反应机理的研究

1前言

2计算方法

3结果与讨论

3.1 Si9H1与乙醛的反应

3.2 丁酮与Si9H12的反应

3.3 苯乙酮与Si9H12的反应

3.4 丙酮与Si9H12的反应

4 结论

参考文献

第四章酰胺在Si(100)表面反应机理的研究

1简介

2研究方法

3结果与讨论

3.1甲酰胺(HCONH2)与Si9H12反应

3.2乙酰胺(CH3CONH2)与Si9H12反应

3.3 N-甲基乙酰胺(CH3CONH2)与Si9H12的反应

3.4 N-甲基甲酰胺(HCONHCH3)与Si9H12的反应

4 总结

参考文献

第五章苯及其同系物的电导性的初步研究

1前言

2模型与方法

2.1构型优化

2.2电子传输计算

3结果与讨论

3.1构型优化

3.2电子传输计算

4 结论

参考文献

致谢

在读期间发表的论文