氢键对极性分子在Si/Ge（100）-2×1面和硅烯上吸附和解离的促进效应

发布时间：2021-10-11 09:44

　　Si（100）-2×1和Ge（100）-2×1面的表面修饰在化学传感器,分子电子学,纳米刻蚀等领域有着潜在的应用,因此吸引了科学界的广泛关注。在过去的三十多年中,对于Si/Ge（100）表面化学的研究主要集中在无机、有机分子、金属原子和衬底Si=Si/Ge=Ge二聚体的反应上,比较典型的如环加成反应,亲核、亲电反应,芳香性分子的吸附,自组装等,鲜有文章论述偶极作用对分子在Si/Ge（100）面吸附热力学和动力学的影响。我们知道大部分分子是有极性的,最典型的如NH₃（1.47 D）,H₂O（1.85 D）和HF（1.91 D）。它们在Si/Ge（100）面的吸附过程中,分子和衬底之间的相互作用（包括配位作用和静电作用）,以及分子间相互作用（氢键）同时存在,这会使反应变得非常复杂,而厘清它们对分子吸附和解离的影响对于加深我们对Si/Ge（100）表面特性的理解具有非常重要的意义。因此,本文中我们采用第一性原理研究了NH₃,H₂O和HF三种典型的极性分子在Si/Ge（100）面的吸附和解离。我们发现氢键和... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

(a)Si(100)面有机分子的生长[3]

(a) (b)图 1-2 (a)分子电子器件截面示意图。(b)自组装两种不同长度的硫醇分子的 Si(，以及 H 终端 Si(100)面的 V-I 曲线[7]。歌公司研发的 AlphaGo 和韩国棋手李世石九段的五番棋较量将人工智能推向一个的高度[8]。科学家坦言目前计算机的运算能力是限制人工智能的一个突出瓶颈。算机的计算能力意味着芯片中晶体管的集成度要进一步提高。目前在小于一平方芯片上晶体管的集成数量已经达到了 108数量级[9]。据报道，在 2016 年半导体制将进入 14nm 时代[10]，这意味着电子器件将接近单分子或原子的尺寸。如果我们子、分子尺度对半导体表面做一定的化学修饰，从而达到调控表面的物理、化学会显得特别有意义。在过去三十年中，科学家通过自组装技术将一些功能性的有嫁接到半导体材料表面，赋予其新的电、光、催化等性质和功能。例如 2008 年rgel-Hackett 等人[7]在 Si(100)表面自组装生长了一层硫醇分子薄膜，然后通过热

5图 1-3 (a)Si/Ge 体结构[3]，每个 Si/Ge 原子和四个最近邻共价成键，呈四面体构型。(b)Si=Si 二聚体，电荷从 Sidown转移到 Siup原子。Ge=Ge 二聚体的情形相似。(c)-(e) c(4×2)，p(2×2)和 p(2×1)重构表面，虚线框代表最小重复单元。(f)常温下，Si(100)面 STM 图像[24]。


本文编号：3430266